專利名稱：一種鋁碳化硅精密壓鑄成型工藝及其壓鑄裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及領域，尤其涉及一種鋁碳化硅精密壓鑄成型工藝及其壓鑄裝置。
背景技術：
鋁碳化硅復合材料具有質量輕、剛度高、熱膨脹系數小、熱導率高、幾何精度穩定性好、兼具一定韌性、機械強度適中等多種優點，成為各類多芯片組件和大電流功率模塊(如IGBT模塊)理想的基底材料，以及各類質量小、強度高的零配件(如航空零件)的理想材料。目前，利用壓鑄法制造鋁碳化硅復合材料時，氣孔率是鋁碳化硅次品產生的主要原因，因此有效除氣是壓鑄工藝的關鍵。傳統技術是將模具整體淹沒在鋁液中，利用高壓將鋁液壓入碳化硅預制塊中，然而，碳化硅預制塊中的空氣無法排出，在高壓作用下形成高壓氣團，氣團數量越多，制成鋁碳化硅成品的熱導性就會越來越差，因為氣團間隔了熱量在碳化硅與鋁之間的有效傳遞，同時氣團的出現影響了鋁液滲透在碳化硅中的致密性，鋁液滲透率差，影響鋁碳化硅的硬度及彈性模量等物理性能，最后在鋁碳化硅成品的退火處理中，集中在碳化硅表面的氣團會形成凸面泡狀薄壁或破裂產生氣孔，影響產品表面的光潔度及后續工藝的實施。

發明內容
本申請人針對上述問題，進行了研究改進，提供一種結鋁碳化硅復合材料精密壓鑄成型工藝及其壓鑄裝置，在對碳化硅進行滲鋁的過程中有效的清除了殘留在碳化硅顆粒之間的氣團，大大降低了次品率，同時提高了生產效率。本發明所采用的技術方案如下:
一種用于鋁碳化硅復合材料精密壓鑄成型工藝的壓鑄裝置，包括成形模具、內模套及外模套，成形模具的裝置于內模套的腔體內，帶有成形模具的內模套裝置于外模套的腔體內；外模套的底面與工作臺連接，工作臺的另一面通過鉸鏈機構連接工作臺底座。其進一步技術方案在于:
所述外模套及內模套腔體內澆注鋁液；
所述內模套及外模套均為一端具有開口的圓形筒體；
還包括對上述外模套及內模套內鋁液進行復合壓鑄的液壓復合壓頭，所述液壓復合壓頭包括一級壓頭及二級壓頭，位于一級壓頭及二級壓頭之間裝置彈簧鋼板；
位于內模套的下端設置內模套底板，位于外模套的下端設置外模套底板；
位于工作臺的下部設置墊塊。一種用于鋁碳化硅復合材料精密壓鑄成型工藝，其特征在于包括以下步驟:第一步:將預處理過的粉末化碳化硅放入料筒中，使用攪拌裝置攪拌；
第二步:將第一步中充份攪拌的粉末化碳化硅分次裝入按產品特征設計的成形模具的腔體中，再將成形模具、內模套與外模套進行組裝，然后將整個模具放入加熱爐中預熱；第三步:在加熱爐中放入鋁錠，加熱使鋁錠完全融化；第四步:將熔融的鋁液澆入內模套與外模套的腔體中；
第五步:啟動壓機，壓機的液壓復合壓頭下行，一級壓頭與內模套腔體內的鋁液接觸，實現第一次壓鑄，鉸鏈機構驅動工作臺往復振動；液壓復合壓頭在液壓系統的作用下繼續下行，二級壓頭與外模套腔體內上升的鋁液接觸，實現第二次壓鑄并實現保壓；
第六步:壓鑄成型后，抬起壓機的液壓復合壓頭，待零件充分冷卻后，零件脫模成型。本發明的有益效果如下:
利用本發明所述的工藝及壓鑄裝置可以將碳化硅之間形成的氣團通過模具底板排出并進入外模腔的鋁液中，通過鉸鏈機構驅動工作臺作上下往復運動，使在內模腔內的碳化硅顆粒在不斷的往復運動中受正壓及負壓作用而互相貼合，及時排氣，使鋁液滲透的致密性大大提高，使鋁碳化硅成品具有較好的硬度及彈性模量。


圖1為本發明中壓機進行第一級壓鑄的工作過程示意圖。圖2為本發明中壓機進行第二級壓鑄的工作過程示意圖。圖3為工作臺振幅前，內模套腔體內的碳化硅顆粒的受力狀態示意圖。圖4為工作臺振幅中，內模套腔體內的碳化硅顆粒的受力狀態示意圖。圖5為工作臺振幅后，內模套腔體內的碳化硅顆粒的受力狀態示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，說明本發明的具體實施方式
。如圖1所示，一種用于鋁碳化硅復合材料精密壓鑄成型工藝的壓鑄裝置，包括按產品特征設計的成形模具1、內模套2及外模套3，內模套2及外模套3均為一端具有開口的圓形筒體。成形模具I裝置于內模套2的腔體并與內模套2 —端的內模套底板202連接，帶有成形模具I的內模套2裝置于外模套3的腔體內，并與外模套3 —端的外模套底板203連接；外模套3的底面與工作臺6連接，工作臺6的另一面通過鉸鏈機構7連接工作臺底座8，位于工作臺6的下部還設置墊塊9，用以承受壓機壓力，實現保壓壓鑄。外模套3及內模套2腔體內澆注鋁液4，如圖1所示，位于內模套2及外模套3的上方，還設置對上述外模套3及內模套2內鋁液4進行復合壓鑄的液壓復合壓頭，液壓復合壓頭包括一級壓頭1101及_■級壓頭1102，一級壓頭1101的直徑小于_■級壓頭1102，_■級壓頭1102為扣蓋式，位于一級壓頭1101及二級壓頭1102之間裝置彈簧鋼板10。壓機的液壓復合壓頭及鉸鏈機構的結構及工作原理屬于已有公知技術。利用壓鑄裝置實現鋁碳化硅精密壓鑄成型的工藝包括以下步驟:
第一步:將粒度200目 400目的粉末 化碳化硅5放入內料筒內，使用攪拌裝置攪拌，攪拌時間為2h，料筒轉速為25r/min，攪拌裝置的轉速為1200r/min ；
第二步:將第一步中充分攪拌的粉末化碳化硅5分三次裝填在按產品特征設計的成形模具I中，裝填間隔時間為20s，第一次裝填的粉末化碳化硅5的體積占內模套2總體積的1/3，第二次裝填的粉末化碳化硅5的體積占內模套2總體積的2/3，第三次將粉末化碳化硅5裝填滿，通過鉸鏈機構7驅動工作臺6作往復振動，振動頻率為90hz,振動幅度為150mm,振動時間為Imin,使粉末化的碳化娃5充滿按產品特征設計的成形模具I的腔體內；(圖1中序號5為粉末化的碳化娃)
第三步:在熔煉爐中放入鋁錠，加熱至55(T60(TC保溫，然后繼續加熱至7(KT78(TC保溫，待招徒完全融化；
第四步:將熔融的鋁液4澆入內模套2與外模套3的腔體中；
第五步:啟動壓機，進行第一次壓鑄，液壓復合壓頭以lmm/s下行(如圖中箭頭方向)，壓力為7.5mpa，在鉸鏈機構的高頻作用下實現液壓復合壓頭的高頻微幅往復運動，下行過程中液壓復合壓頭的一級壓頭1101與內模套2腔體內的鋁液4接觸，如圖3所示，此時氣團13存在于各碳化硅顆粒12之間，使鋁液4無法滲透。當鉸連機構7驅動工作臺6高頻往復振動,振動頻率為50HZ，振幅為60mm ;在相對壓縮的過程中，按產品特征設計的成形模具I腔體內的碳化硅顆粒12承受正壓，各碳化硅顆粒12受工作臺6的振幅影響進行翻轉并調整位置，如圖4所示，使得氣團13與碳化硅顆粒12分離，此時液壓復合壓頭的一級壓頭1101繼續與鋁液4接觸，當相對分離的時候，鋁液4中的碳化硅顆粒12承受的是負壓，在熔融的鋁液4中，如圖5所示，氣團13在壓力和拉力的作用下被導通并通過內模套2底部的空隙排入外模套3腔體內的鋁液4中，從而使內模套2腔體內形成的碳化硅粉末5更細化，分散均勻，同時使鋁液4不斷沖擊碳化硅顆粒12，使碳化硅顆粒12之間鋁液4的滲透性更致密。如圖2所示，液壓復合壓頭在液壓系統的作用下繼續下行，常溫的液壓復合壓頭的二級壓頭1102與外模套3腔體內上升的鋁液4接觸，凝固為固體，封住了外模套3的出口，禁止了鋁液4流動，起到了保壓的作用，保壓時間為5min，同時通過手動操作墊塊9，使其沿插槽伸入工作臺6下方，墊塊9承載壓機壓力，并實現保壓。第六步:壓鑄成型后，抬起壓機的液壓復合壓頭，待零件充分冷卻后，零件脫模成型。以下是本發明的一個實施例。將粒度為純300目的粉末化碳化硅放入內料筒內，使用攪拌裝置攪拌，攪拌時間為2h,料筒轉速為25r/min,攪拌裝置的轉速為1200r/min ;將攪拌后的粉末化碳化娃分三次裝入涂有脫模劑的按產品特征設計的成形模具的腔體中，成型模具放置在內模套的腔體中，內模套的內徑為100mm，壁厚為30mm，高度為200mm，外模套的內徑為200mm，高度和壁厚與內模套2相同，第一次裝填的粉末化碳化硅的體積占內模套總體積的1/3，鉸鏈機構驅動工作臺往復振動，振動頻率為90hz,振動幅度為150mm,振動時間為Imin,使粉末化的碳化硅充滿內模套2的腔體內，第二次裝填的粉末化碳化硅的體積占內模套總體積的2/3，第三次將粉末化碳化硅裝滿，工作臺在第二次、第三次振動的參數均與第一次均相同。在熔煉爐加熱爐中放入3 4個體積為50 X 20 X 15mm鋁錠，加熱到580°C保溫，然后繼續加熱到750°C保溫，使鋁錠完全融化。此時啟動壓機，液壓復合壓頭I以lmm/s下行，壓力為
7.5mpa,液壓復合壓頭I往復運動，鉸鏈機構7驅動工作臺6往復運動，振動頻率為50HZ，振幅為60_，待各碳化硅顆粒之間的氣團排入外模套3腔體內的鋁液4中，壓機繼續以Imm/s下行，壓力為7.5mpa,鉸鏈機構7驅動工作臺6往復運動，振動頻率為50HZ，振幅為60mm，保證鋁液滲透的同時，實現保壓，零件成型后，冷卻，脫模，并進行后續磨削等加工。利用本發明所述的工藝及壓鑄裝置可以將碳化硅之間形成的氣團通過模具底板排出并進入外模腔的鋁液中，通過鉸鏈機構驅動工作臺作上下往復運動，使在內模腔內的碳化硅顆粒在不斷的往復運動中受正壓及負壓作用而互相貼合，使鋁液滲透的致密性大大提高，使鋁碳化硅成品具有較好的硬度及彈性模量，有效的清除了殘留在碳化硅顆粒之間的氣團，大大降低了次品率，同時提高了生產效率。以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在不違背本發明的基本結構的情況下，本發明可以作任何形式的修改。
權利要求
1.一種鋁碳化硅精密壓鑄成型的壓鑄裝置，其特征在于:包括成形模具(I)、內模套(2)及外模套(3)，所述成形模具(I)的裝置于內模套(2)的腔體內，帶有成形模具(I)的內模套(2)裝置于外模套(3)的腔體內；所述外模套(3)的底面與工作臺(6)連接，工作臺(6 )的另一面通過鉸鏈機構(7 )連接工作臺底座(8 )。
2.如權利要求1所述的一種鋁碳化硅精密壓鑄成型的壓鑄裝置，其特征在于:所述外模套(3)及內模套(2)腔體內澆注鋁液(4)。
3.如權利要求1所述的一種用于鋁碳化硅精密壓鑄成型的壓鑄裝置，其特征在于:所述內模套(2 )及外模套(3 )均為一端具有開口的圓形筒體。
4.如權利要求2所述的一種鋁碳化硅精密壓鑄成型的壓鑄裝置，其特征在于:還包括對上述外模套(3)及 內模套(2)內鋁液(4)進行復合壓鑄的液壓復合壓頭，所述液壓復合壓頭包括一級壓頭(1101)及二級壓頭(1102)，位于一級壓頭(1101)及二級壓頭(1102)之間裝置彈簧鋼板(10)。
5.如權利要求1所述的一種鋁碳化硅精密壓鑄成型的壓鑄裝置，其特征在于:位于內模套(2)的下端設置內模套底板(202)，位于外模套(3)的下端設置外模套底板(203)。
6.如權利要求1所述的一種用于鋁碳化硅精密壓鑄成型的壓鑄裝置，其特征在于:位于工作臺(6)的下部設置墊塊(9)。
7.一種鋁碳化硅精密壓鑄成型工藝，其特征在于包括以下步驟: 第一步:將預處理過的粉末化碳化硅放入料筒中，使用攪拌裝置攪拌；第二步:將第一步中充份攪拌的粉末化碳化硅分次裝入按產品特征設計的成形模具的腔體中，振動壓實，再將成形模具、內模套與外模套進行組裝，然后將整個模具放入加熱爐中預熱； 第三步:在加熱爐中放入鋁錠，加熱使鋁錠完全融化； 第四步:將熔融的鋁液澆入內模套與外模套的腔體中； 第五步:啟動壓機，壓機的液壓復合壓頭下行，一級壓頭與內模套腔體內的鋁液接觸，實現第一次壓鑄，鉸鏈機構驅動工作臺往復振動；液壓復合壓頭在液壓系統的作用下繼續下行，二級壓頭與外模套腔體內上升的鋁液接觸，墊塊沿插槽伸入工作臺下，承載壓機壓力，實現第二次壓鑄及保壓； 第六步:壓鑄成型后，抬起壓機的液壓復合壓頭，待零件充分冷卻后，零件脫模成型。
全文摘要
本發明涉及一種鋁碳化硅精密壓鑄成型工藝及其壓鑄裝置，包括成形模具、內模套及外模套，成形模具的裝置于內模套的腔體內，帶有成形模具的內模套裝置于外模套的腔體內；外模套的底面與工作臺連接，工作臺的另一面通過鉸鏈機構連接工作臺底座。利用本發明所述的工藝及壓鑄裝置可以將碳化硅之間形成的氣團通過模具底板排出并進入外模腔的鋁液中，內模腔內的碳化硅顆粒在不斷的往復運動中受正壓及負壓作用而互相貼合，及時排氣，使鋁液滲透的致密性大大提高，使鋁碳化硅成品具有較好的硬度及彈性模量。
文檔編號B22D17/00GK103143695SQ20131007893
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者傅蔡安, 仝蒙, 梁雪君 申請人:江蘇時代華宜電子科技有限公司