專利名稱：鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及擠壓鑄造制備技術(shù)，具體涉及一種鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具。
背景技術(shù)：
由于具有良好的鑄造性能、力學(xué)性能、摩擦磨損性能、加工性能及低廉的成本等優(yōu)勢(shì)，鋅合金已作為耐磨材料被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的較多領(lǐng)域，并部分代替青銅、黃銅及鑄鐵等結(jié)構(gòu)材料。比如，隨著電梯行業(yè)的整體發(fā)展，對(duì)電梯的舒適度、安全性能及其他機(jī)械性能的要求也不斷提升，選用高性能、低成本的電梯配件將會(huì)帶來(lái)明顯的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的曳引機(jī)蝸輪，一般采用金屬型重力鑄造工藝，鑒于鋅合金結(jié)晶溫度范圍寬和易產(chǎn)生底縮的凝固特性，制備的蝸輪晶粒粗大，組織疏松，易產(chǎn)生縮孔縮松，特別是蝸輪齒根部，塑性、韌性及耐磨性能較差，在工作過(guò)程中較早的產(chǎn)生過(guò)快磨損現(xiàn)象，機(jī)械噪音大，并帶來(lái)安全隱患。同時(shí)，采用金屬型重力鑄造模具，制備的蝸輪毛坯尺寸較大，需大量機(jī)加工成精坯，使得原材料和能源的利用率低，增加了生產(chǎn)成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種優(yōu)質(zhì)高效的鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，在資源和能源消耗較低的條件下，獲得的產(chǎn)品與金屬型重力鑄造模具生產(chǎn)的鋅合金蝸輪相比，組織細(xì)小、無(wú)縮孔縮松，綜合性能進(jìn)一步提高。本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，包括上模套、下模套、上模和下模，所述上模鑲嵌在上模套，下模鑲嵌在下模套，上模和上模套中心設(shè)置有排氣孔，下模套中設(shè)置有加熱棒，下模的上端面設(shè)置有溢流槽，下模內(nèi)部開(kāi)有冷卻水管，用于將蝸輪坯頂出的頂桿設(shè)置在沖頭上，頂桿穿過(guò)上模套和上模的通孔。在合模狀態(tài)下所述上模的下端面伸入下模的模腔內(nèi)，下端面處于模腔的內(nèi)徑處。所述下模的模 腔為帶多臺(tái)階的環(huán)形狀。所述上模通過(guò)螺母鑲嵌在上模套，下模通過(guò)螺母鑲嵌在下模套。所述加熱棒為電阻絲加熱棒。所述下模的模腔的內(nèi)模壁設(shè)置有3 10°的錐度。所述下模的模腔的各臺(tái)階過(guò)渡處設(shè)置有Rl 5的圓角。本鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具的擠壓鑄造工藝，包括以下步驟:(I)、確定合金配料；(2)、合金配料在熔煉爐進(jìn)行熔煉成合金液，快速升溫，低溫熔煉，熔煉之后的合金液成分按照重量百分比為:22 32%A1，1.0 5.0%Cu, 0.Γ .5%Μη，0.0Γ0.2%Mg，0.ΟΓΟ.1%Τ ,0.005^0.1%Β,0.0Γ0.1%RE,余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，添加精煉劑，扒渣、除氣，并對(duì)熔煉爐中的合金液進(jìn)行爐前檢驗(yàn)，合格后轉(zhuǎn)入保溫爐進(jìn)行保溫；(3)、擠壓鑄造機(jī)下模座上設(shè)置有自動(dòng)推送的澆注系統(tǒng)，當(dāng)澆注系統(tǒng)的機(jī)械手料勺從保溫爐內(nèi)S取定量的合金液后，澆注系統(tǒng)自動(dòng)推進(jìn)到模具中心位置，合金液經(jīng)澆注系統(tǒng)流入模腔；(4)、澆注結(jié)束后，澆注系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，退出模具，擠壓鑄造機(jī)的沖頭下降向模腔平穩(wěn)推進(jìn)合金液，快速增壓使合金液在高壓力作用下結(jié)晶，并在強(qiáng)行補(bǔ)縮下凝固，經(jīng)保壓后沖頭上行開(kāi)模，開(kāi)模時(shí)蝸輪坯留在上模，頂桿頂出蝸輪坯，由接料裝置將蝸輪坯取出。所述步驟(3)中，機(jī)械手料勺舀取合金液之前，模具和澆注系統(tǒng)皆加熱至15(T250°C，并在模具的模腔和澆注系統(tǒng)的流道上涂有鋅合金脫模劑。所述步驟(3)中，合金液流經(jīng)澆注系統(tǒng)進(jìn)行撇渣后流入模腔。所述澆注系統(tǒng)在氣缸的帶動(dòng)下自動(dòng)推送和自動(dòng)復(fù)位。所述步驟(2)中，熔煉爐的最大功率為250KW 300KW，熔煉爐的最高溫度為6500C 700°C，合金液的保溫溫度為57(T630°C。所述步驟(4)中，沖頭的下降速度為0.ri5mm/s,比壓為3(Tl80MPa，保壓時(shí)間為4(Tl20s。所述步驟(I)中，在合金配料中，銅、猛、鈦、復(fù)合稀土分別以AlCu50、AlMnlO、AlTi5B、AlRElO中間合金的形式加入，硼以Α1 5Β及A1B3中間合金的形式加入。所述步驟(2 )中，熔煉爐及保溫爐均為中頻感應(yīng)電爐。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn):一、本實(shí)用新型的模具，開(kāi)模時(shí)利用合金液的凝固收縮在上模下端面臺(tái)階處產(chǎn)生的摩擦力使蝸輪坯留在上模，用于將蝸輪坯頂出的頂桿設(shè)置在沖頭上，頂桿穿過(guò)上模套和上模的通孔，而后蝸輪坯由頂桿頂出，故簡(jiǎn)化了擠壓鑄造模具的結(jié)構(gòu)。
二、采用模芯與模套的組合結(jié)構(gòu)，使得在生產(chǎn)不同尺寸的蝸輪坯時(shí)，只需更換模芯，從而節(jié)約了生產(chǎn)成本。三、本鋅合金蝸輪的擠壓鑄造優(yōu)化了熔煉工藝，采用快速升溫、低溫熔煉的措施，熔煉爐的最大功率為250KW 300KW，熔煉爐的最高溫度為650°C 700°C，有效地減小了鋅合金液的氧化和吸氣，降低了合金液的燒損，同時(shí)，采用中頻感應(yīng)電爐，也保證了合金液成分的均勻性。四、提高了合金液的清潔度。一方面，采用中頻感應(yīng)電爐作為保溫爐，杜絕了合金液與鐵器的直接接觸，降低了合金液帶入鐵等有害雜質(zhì)的可能性；另一方面，合金液經(jīng)自制的澆注系統(tǒng)的撇渣后，表層的氧化物及夾雜被除盡。五、鑄件的綜合性能大幅提高。采用本擠壓鑄造模具制造的鋅合金蝸輪，在充分的壓力下結(jié)晶，并發(fā)生強(qiáng)行補(bǔ)縮而凝固，樹(shù)枝晶在壓力下破碎，晶粒細(xì)小，消除了縮孔縮松等鑄造缺陷，組織更加致密，故綜合性能優(yōu)異，其中，齒根部抗拉強(qiáng)度提高到35(T450MPa，并無(wú)縮松，耐腐蝕性及耐磨性也大幅度提高。擠壓鑄造克服了鋅合金塑性、韌性及高溫強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，明顯提高了鑄態(tài)鋅合金的性能，大大擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。六、利用本擠壓鑄造模具制造而成的鋅合金蝸輪，能提高毛坯尺寸精度，減少了加工余量，實(shí)現(xiàn)資源與能源的低消耗，降低了生產(chǎn)成本。

圖1是本實(shí)用新型的鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明:[0032]1-沖頭；2-頂桿；3-上模套；4-上模；5-溢流槽；6_模腔；7_冷卻水管；8_下模；9-下模套；10-螺母；11-加熱棒；12_通孔；13_排氣孔；14_燒注系統(tǒng)；15_下端面；A_維度。圖2為本實(shí)用新型的工藝成形過(guò)程示意圖。圖3為實(shí)施例1的合金成分在金屬型重力鑄造工藝下的顯微組織。圖4為實(shí)施例1的合金成分在擠壓鑄造工藝下的顯微組織。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1:如圖1所示，模具包括上模套、下模套、上模和下模，上模通過(guò)螺母鑲嵌在上模套，下模通過(guò)螺母鑲嵌在下模套，上模和上模套中心設(shè)置有排氣孔，排氣孔可排出合模后上下模中心位置封閉的氣體，防止蝸輪坯產(chǎn)生氣孔；下模套中設(shè)置有利用電阻絲加熱的加熱棒，加熱棒方便對(duì)模具進(jìn)行加熱至所需溫度；下模的上端面設(shè)置有溢流槽，溢流槽可防止過(guò)量澆注時(shí)產(chǎn)生批縫以致壓力損失，下模內(nèi)部開(kāi)有冷卻水管，冷卻水管可保證模腔溫度；用于將蝸輪坯頂出的頂桿設(shè)置在沖頭上，頂桿穿過(guò)上模套和上模的通孔，模腔為帶多臺(tái)階的環(huán)形狀。模腔的內(nèi)模壁設(shè)置有8°的錐度A，模腔的各臺(tái)階過(guò)渡處設(shè)置有Rl飛的圓角。在合模狀態(tài)下上模的下端面伸入下模的模腔內(nèi)，下端面處于模腔的內(nèi)徑處。如圖2所示的鋅合金蝸輪的擠壓鑄造工藝，包括以下步驟:(I)、確定 合金配料；在合金配料中，銅、錳、鈦、復(fù)合稀土分別以AlCu50、AlMnlO, AlTi5B、AlRElO中間合金的形式加入，硼以Α1 5Β及A1B3中間合金的形式加入。(2)、合金配料在熔煉爐進(jìn)行熔煉成合金液，快速升溫，低溫熔煉，熔煉之后的合金液成分按照重量百分比為:27%A1,1.0%Cu,0.2%Μη，0.05%Mg,0.03%Ti,0.005%B,0.05%RE,余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，添加精煉劑，扒渣、除氣，并對(duì)熔煉爐中的合金液進(jìn)行爐前檢驗(yàn)，合格后轉(zhuǎn)入保溫爐進(jìn)行保溫；熔煉爐的最大功率為250KW，熔煉爐的最高溫度為680°C，合金液的保溫溫度為600。。。熔煉爐及保溫爐均為中頻感應(yīng)電爐。(3)、擠壓鑄造機(jī)下模座上設(shè)置有自動(dòng)推送的澆注系統(tǒng)，當(dāng)澆注系統(tǒng)的機(jī)械手料勺從保溫爐內(nèi)S取定量的合金液后，澆注系統(tǒng)自動(dòng)推進(jìn)到模具中心位置，合金液經(jīng)澆注系統(tǒng)流入模腔；機(jī)械手料勺S取合金液之前，模具和澆注系統(tǒng)皆加熱至200°C，并在模具的模腔和澆注系統(tǒng)的流道上涂有鋅合金脫模劑。合金液流經(jīng)澆注系統(tǒng)進(jìn)行撇渣后流入模腔。澆注系統(tǒng)在氣缸的帶動(dòng)下自動(dòng)推送和自動(dòng)復(fù)位。(4)、澆注結(jié)束后，澆注系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，退出模具，擠壓鑄造機(jī)的沖頭下降向模腔平穩(wěn)推進(jìn)合金液，快速增壓使合金液在高壓力作用下結(jié)晶，并在強(qiáng)行補(bǔ)縮下凝固，經(jīng)保壓后沖頭上行開(kāi)模，開(kāi)模時(shí)蝸輪坯留在上模，頂桿頂出蝸輪坯，由接料裝置將蝸輪坯取出。[0050]沖頭的下降速率為0.lmm/s,比壓為60MPa，保壓時(shí)間為60s。(5)對(duì)取下的蝸輪坯，經(jīng)機(jī)加工成精坯后，滾齒成蝸輪。在擠壓鑄造過(guò)程中，由于合金液在高壓下結(jié)晶，并發(fā)生強(qiáng)行補(bǔ)縮而凝固，故顯著細(xì)化了晶粒，消除了縮孔縮松，提高了合金的致密度，從而使得鋅合金制品的綜合性能大幅度提高。壓力的作用，一方面提高了形核率，也升高了合金的熔點(diǎn)，導(dǎo)致凝固速度加快，從而細(xì)化了晶粒，另一方面，也增大了鋁和銅等在鋅中的固溶度，起到了固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的作用。對(duì)制備的蝸輪輪緣實(shí)體心部進(jìn)行取樣，進(jìn)行力學(xué)性能及顯微組織對(duì)比分析。金屬型重力鑄造的顯微組織如圖3所示，擠壓鑄造的顯微組織如圖4所示，發(fā)現(xiàn)，同樣的合金成分，擠壓鑄造工藝下，樹(shù)枝晶明顯破碎，晶粒細(xì)小，無(wú)縮孔縮松，從而提高了合金的機(jī)械性能，尤其是塑性得到明顯改善，見(jiàn)下表:
權(quán)利要求1.鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，其特征在于:包括上模套、下模套、上模和下模，所述上模鑲嵌在上模套，下模鑲嵌在下模套，上模和上模套中心設(shè)置有排氣孔，下模套中設(shè)置有加熱棒，下模的上端面設(shè)置有溢流槽，下模內(nèi)部開(kāi)有冷卻水管，用于將蝸輪坯頂出的頂桿設(shè)置在沖頭上，頂桿穿過(guò)上模套和上模的通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，其特征在于:在合模狀態(tài)下所述上模的下端面伸入下模的模腔內(nèi)，下端面處于模腔的內(nèi)徑處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，其特征在于:所述下模的模腔為帶多臺(tái)階的環(huán)形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，其特征在于:所述上模通過(guò)螺母鑲嵌在上模套，下模通過(guò)螺母鑲嵌在下模套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，其特征在于:所述加熱棒為電阻絲加熱棒。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，其特征在于:所述下模的模腔的內(nèi)模壁設(shè)置有3 10°的錐度。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，鋅合金蝸輪的擠壓鑄造模具，包括上模套、下模套、上模和下模，所述上模鑲嵌在上模套，下模鑲嵌在下模套，上模和上模套中心設(shè)置有排氣孔，下模套中設(shè)置有加熱棒，下模的上端面設(shè)置有溢流槽，下模內(nèi)部開(kāi)有冷卻水管，用于將蝸輪坯頂出的頂桿設(shè)置在沖頭上，頂桿穿過(guò)上模套和上模的通孔。本實(shí)用新型的模具，開(kāi)模時(shí)利用合金液的凝固收縮在上模下端面臺(tái)階處產(chǎn)生的摩擦力使蝸輪坯留在上模，用于將蝸輪坯頂出的頂桿設(shè)置在沖頭上，頂桿穿過(guò)上模套和上模的通孔，而后蝸輪坯由頂桿頂出，故簡(jiǎn)化了擠壓鑄造模具的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B22D18/02GK203076563SQ201220704999
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者朱權(quán)利, 張先滿, 汪桂龍, 陳家堅(jiān), 趙海東, 陳維平, 吳苑標(biāo) 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 廣東華金合金材料實(shí)業(yè)有限公司