本發(fā)明屬于金屬零部件制造加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及壓鑄件的無縮孔縮松缺陷壓鑄成形方法，尤其適用于鋁合金壁厚較大的壓鑄件。

技術(shù)背景

鋁合金是常見的輕質(zhì)金屬材料，廣泛應(yīng)用于汽車，船舶，電子以及航天航空等領(lǐng)域。隨著輕量化及功能化的需要，鋁合金零件的需求量不斷增大。在所有的鋁合金零件成形工藝中，壓鑄是生產(chǎn)速度最快，成形件質(zhì)量較高的一種鑄造方法。鋁合金壓鑄成形是將液態(tài)鋁合金或半液態(tài)鋁合金在高壓下快速充填金屬型的型腔，在高壓下快速凝固而獲得鑄件的方法。

傳統(tǒng)壓鑄件的壁厚都較小且均勻，一般壁厚在3～4mm左右，通常內(nèi)部組織致密，不易產(chǎn)生缺陷。但是，隨著汽車工業(yè)等的發(fā)展，具有較大壁厚的結(jié)構(gòu)件設(shè)計越來越多，對壓鑄技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。所謂厚壁壓鑄件是指平均壁厚較大(≥8mm)、且零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的壓鑄件。對于此類厚壁、復(fù)雜壓鑄件，由于液態(tài)金屬與模具表面發(fā)生接觸的部分冷卻速度快于液體金屬內(nèi)部，并且厚大處的冷速相比其薄壁處慢，無法將壓室壓力傳遞過來并維持到鑄件的凝固終了，凝固結(jié)束后容易在厚壁區(qū)域形成縮孔或縮松缺陷。此外，一般金屬液在澆注時過熱度較大，在充型過程中有嚴(yán)重的卷氣和氧化現(xiàn)象，得到的鑄件氣孔和夾雜較多。由于這些縮松縮孔、氣孔以及夾雜的存在，致使鑄件的力學(xué)性能下降，在實(shí)際應(yīng)用中往往達(dá)不到技術(shù)要求而報廢，造成材料和能源的浪費(fèi)。

專利文獻(xiàn)CN103302264A公開了一種鋁合金汽車液壓剎車泵殼體鑄件的高致密度壓鑄成形方法，該方法在熔鑄過程中多次進(jìn)行扒渣除氣和添加覆蓋劑，控制較低的鋁液含氣量，使鑄件凝固后氣孔率較低。但是針對壁厚較大且形狀復(fù)雜的鑄件，只通過澆注前做好除氣措施，并不能有效的解決縮松和氣孔缺陷問題，因?yàn)楹翊筇幚鋮s較慢，如果得不到加壓補(bǔ)縮，不可避免會形成縮孔縮松。專利文獻(xiàn)CN105081261A公開了一種鋁合金鑄件壓鑄方法，該方法在快速充型、型腔充型率達(dá)92％以上時進(jìn)行減速壓射，避免高速充型時的卷氣，可以降低鑄件飛邊的產(chǎn)生，減少產(chǎn)品成形過程中的內(nèi)部氣孔。專利文獻(xiàn)CN101905305A公開了一種鋁合金殼體壓鑄件高致密度壓鑄成型方法，該法在模具型腔靠近內(nèi)澆口的位置與遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的位置之間增加工藝性過橋結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)金屬液的流向，使鋁液快速充填遠(yuǎn)端部位，以及進(jìn)行壓力迅速傳遞，達(dá)到減少氣孔及縮孔產(chǎn)生的效果。但是，針對鋁合金厚壁件，在壓鑄工藝上，還沒有具體的優(yōu)化方法。

雖然實(shí)際生產(chǎn)中，對于有缺陷的鑄件會通過浸滲技術(shù)處理鑄件使之符合使用要求，但對于這種厚壁件，浸滲無法有效地補(bǔ)償內(nèi)部的縮孔縮松組織，因此，在壓鑄生產(chǎn)過程中創(chuàng)新工藝是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的的目的是提供一種壁厚較大的鋁合金鑄件的無縮孔縮松缺陷成形方法，該方法可以提高鑄件的致密度，消除鑄造缺陷。

本發(fā)明提供的一種厚壁壓鑄件的無孔松缺陷壓鑄成形方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

首先將鋁合金進(jìn)行熔煉、除氣和扒渣，然后將鋁液進(jìn)行低過熱度澆注；

然后進(jìn)行三級壓射：首先進(jìn)行慢速壓射，壓射速度為0.3～0.5m/s，當(dāng)壓射沖頭的行程為100～200mm時，進(jìn)行快速壓射充型，此時壓射沖頭速度3～8m/s，然后進(jìn)行增壓補(bǔ)縮，壓力為70～90MPa；

在三級壓射的同時對厚壁部位進(jìn)行局部加壓，壓力為10～50MPa，加壓時間為0.8～2s，使補(bǔ)縮效果增大，達(dá)到消除縮松縮孔產(chǎn)生的效果，得到所需鋁合金壓鑄件；

所述局部加壓是通過在模具型腔遠(yuǎn)離內(nèi)澆口且壁厚較大處增加局部加壓結(jié)構(gòu)，澆注充型完畢后通過加壓頭進(jìn)行擠壓，以實(shí)現(xiàn)厚壁部位未完全凝固時的加壓補(bǔ)縮；所述局部加壓結(jié)構(gòu)形成的加壓室的體積即液態(tài)金屬被壓縮的體積V_L為厚壁部分體積V_max的5％～10％，所述加壓頭的面積為垂直于加壓方向的厚壁面積的15％～25％。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述低過熱度澆注是將鋁液澆入壓鑄機(jī)壓室的溫度定為鋁合金液相線溫度以上20～40℃，澆注時壓室的充滿度60％～70％；模具預(yù)熱溫度為200～250℃。

通過上述發(fā)明內(nèi)容可以解決鋁合金壁厚較大壓鑄件經(jīng)常容易出現(xiàn)的縮松縮孔、氣孔等缺陷問題，從而提高鑄件的致密度和性能。本發(fā)明在澆注前嚴(yán)格控制熔體溫度，采用低過熱度澆注，一方面能保證足夠的粘度和流動性，另一方面可以避免高溫卷氣嚴(yán)重；在工藝上增加局部加壓結(jié)構(gòu)，在厚壁已部分凝固的時候進(jìn)行局部加壓，從而使鑄件內(nèi)部組織致密、無缺陷，強(qiáng)度等性能得到提升。具體而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

1.特定的低過熱度澆注、高壓充型工藝，實(shí)現(xiàn)壓鑄件的致密化

(1)本發(fā)明采用鋁液低過熱度澆注，即鋁液澆入壓鑄機(jī)壓室的溫度為鋁合金液相線溫度以上20～40℃，比傳統(tǒng)的壓鑄澆注溫度低30～50℃，同時要求剛澆入壓室充滿度60％～70％，模具預(yù)熱溫度200～250℃。由于鋁液的澆注溫度降低，卷氣少，液態(tài)收縮減少，鑄件致密度提高。

(2)采用高壓充型的三級壓射工藝，高壓充型可以加強(qiáng)大型零件的補(bǔ)縮，并且可以解決低過熱度澆注流動性降低的問題。

2.實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)離內(nèi)澆口位置且厚壁處的加壓補(bǔ)縮

在厚壁區(qū)域添加局部加壓裝置，即當(dāng)型腔充滿后，對此處施加足夠大的壓力進(jìn)行快速補(bǔ)縮，壓力大小為10～50MPa，使補(bǔ)縮效果增大，達(dá)到消除縮松縮孔產(chǎn)生的效果。

附圖說明

圖1為局部加壓壓鑄成形方法的實(shí)例流程圖；

圖2為厚壁壓鑄件帶有澆注系統(tǒng)和局部加壓結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明方法的具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1、將鋁合金進(jìn)行熔煉、除氣、扒渣，然后將鋁液進(jìn)行低過熱度澆注，即鋁液澆入壓鑄壓室的溫度為鋁合金液相線溫度以上20～40℃，比傳統(tǒng)的壓鑄澆注溫度低30～50℃，同時要求剛澆入壓室充滿度60％～70％，模具預(yù)熱溫度200～250℃。由于鋁液的澆注溫度降低，卷氣少，液態(tài)收縮減少，鑄件致密度提高。

2、厚壁壓鑄件采用三級壓射工藝：

如圖1所示，模具預(yù)熱、噴涂后鎖模待澆注。將合金熔液澆入壓室，首先進(jìn)行慢速壓射(一級壓射)，速度為0.3～0.5m/s；當(dāng)壓射沖頭的行程為100～200mm時，進(jìn)行二級壓射，快速壓射充型，此時壓射沖頭速度3～8m/s；然后進(jìn)行增壓補(bǔ)縮(三級壓射)，壓力為70～90MPa。保壓一定時間后開模，取出鑄件。

3、在厚壁區(qū)域添加局部加壓裝置，在三級壓射的同時進(jìn)行局部加壓，使補(bǔ)縮效果增大，達(dá)到消除縮松縮孔產(chǎn)生的效果。

由于厚壁處一般壁厚≥8mm，相比一般壓鑄件厚度的兩倍以上，如果按照正常壓鑄充型，最后凝固后會在這些區(qū)域形成縮孔縮松，嚴(yán)重降低鑄件的性能。本發(fā)明方法是在這些厚壁區(qū)域添加局部加壓補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)，如圖2所示，當(dāng)壓射室的壓射沖頭C壓射充型、型腔充滿后，B處壁厚區(qū)域在凝固后期得不到補(bǔ)縮。對此處設(shè)置補(bǔ)縮壓頭A及具有體積V_L的壓室，在凝固的中、后期，利用壓鑄機(jī)的液壓動力推動補(bǔ)縮沖頭A，施加足夠大的壓力進(jìn)行快速補(bǔ)縮，大小為10～50MPa，壓力使補(bǔ)縮距離加大，壓頭移動使補(bǔ)縮量加大，達(dá)到消除縮松縮孔產(chǎn)生的效果。

實(shí)施例：

實(shí)施例1

一種鋁合金厚壁件無缺陷壓鑄成形方法，如圖2所示的厚壁壓鑄件，最大壁厚可達(dá)15mm，壓鑄鋁合金材料為YL112。將合金塊放入電阻爐進(jìn)行200℃保溫20min，除去表面污物，再升溫到750℃進(jìn)行熔化，熔化后進(jìn)行除氣、精煉、扒渣，隨后降溫至640℃(為鋁合金液相線溫度以上20℃)進(jìn)行澆注，模具預(yù)熱溫度250℃，澆注完壓室的充滿度為65％，慢壓射速度為0.5m/s，當(dāng)壓射沖頭的行程為150mm，進(jìn)行快壓射充型，壓射速度為5m/s，當(dāng)行程為250mm時，進(jìn)行增壓補(bǔ)縮，壓力為90MPa，同時在厚壁處進(jìn)行局部加壓，壓力通過圖2中A(局部加壓沖頭)傳遞到型壁，大小為40MPa，局部增壓室體積為厚壁體積的5％，加壓時間為2s。上述的壓鑄工藝，改善了厚壁件B的性能，消除了縮孔縮松的產(chǎn)生。

實(shí)施例2

零件為不均勻壁厚件，最大壁厚可達(dá)12mm，在壁厚處增加局部增壓裝置，具體壓鑄流程如圖1所示。壓鑄鋁合金材料為YL112，壓鑄充型過程如下：合模后，將溫度為650℃鋁合金液注入模具型腔內(nèi)，模具預(yù)熱溫度200℃，當(dāng)型腔充滿率達(dá)60％后，慢壓射速度為0.3m/s，當(dāng)壓射沖頭行程為200mm時，進(jìn)行快壓射充型，壓射充型速度為3m/s；增壓補(bǔ)縮階段壓力為80MPa，同時在厚壁處進(jìn)行局部加壓，壓力通過局部加壓沖頭傳遞到型壁，大小為40MPa，局部增壓室體積為厚壁體積的10％，加壓時間為1.5s。上述方法優(yōu)化了壓鑄工藝，消除了縮孔縮松的產(chǎn)生。

實(shí)施例3

零件為大面積厚壁件，最大壁厚可達(dá)18mm，壓鑄鋁合金材料為A380，壓鑄充型過程如下：將模具預(yù)熱到250℃，合模后，將溫度為660℃(液相線以上40℃)鋁合金液注入模具型腔內(nèi)，澆注完壓室的充滿度為70％，慢壓射速度為0.5m/s，當(dāng)壓射沖頭的行程為200mm，進(jìn)行快壓射充型，壓射速度為8m/s，當(dāng)行程為300mm時，進(jìn)行增壓補(bǔ)縮，壓力為70MPa，同時在厚壁處進(jìn)行局部加壓，壓力通過局部加壓桿傳遞到型壁，大小為40MPa，局部增壓室體積為厚壁體積的8％，加壓時間為2s。上述方法優(yōu)化了壓鑄工藝，消除了縮孔縮松的產(chǎn)生。

以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。