本實用新型專利技術公開了一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置。包括壓鑄機、壓鑄模具、超聲振動系統和冷卻系統，壓鑄模具安裝在壓鑄機，壓射組件穿過靜模固定板與壓鑄模具連接，壓鑄模具的動模上安裝連接超聲振動系統，超聲振動系統直接作用于動模以超聲輔助進行半固態壓鑄成型，動模設有與超聲振動系統連接的冷卻系統。本實用新型專利技術可有效降低固相團聚程度，提高半固態金屬的流動能力和充型能力，并且能細化晶粒，提高鑄件的致密度，進一步提高鋁合金鑄件的力學性能和導熱性能，為復雜薄壁類鋁合金鑄件制造提供一種新的成型方法。
【技術實現步驟摘要】
一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置
本技術涉及一種金屬材料半固態成形領域，尤其是涉及了一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置。
技術介紹
近年來，隨著信息技術和通訊產業的迅猛發展，復雜薄壁類鋁合金鑄件在電子通訊產業中有著廣泛需求，例如：手機外殼、LED燈散熱器、通訊基站殼體等，如圖1所示。該類零件通常具有復雜腔體結構和薄壁特征，其壁厚通常<4.0mm，局部區域壁厚<0.5mm。此外，該類鋁合金鑄件往往由多個大的平面或曲面組成，采用傳統壓鑄成形或切削加工方式難以實現。當前，薄壁類鋁合金鑄件的常用制造工藝為普通壓力鑄造。普通壓力鑄造工藝在鋁合金鑄件生產中占有主導地位，約占鋁合金鑄件總量的60％，該工藝也可用于部分薄壁鑄件的成形制造。然而，在嚴格控制壓鑄工藝的基礎上，目前薄壁類鋁合金鑄件的壓鑄成品率約為80％，常見缺陷包括欠鑄、拐角開裂、組織疏松、冷隔和花紋等，這些缺陷造成了大量的資源浪費和經濟損失。由于在薄壁類鑄件中易產生的缺陷以及壓鑄工藝的局限性，因此，普通壓力鑄造工藝難以滿足特征壁厚<1.0mm的復雜薄壁類鋁合金鑄件的制造加工。為改進鋁合金壓鑄工藝、提高鋁合金鑄件的力學性能，半固態壓鑄成形工藝在近年來受到了廣泛關注。半固態金屬成形是介于鑄造和鍛造之間的一種工藝過程，是針對固、液態共存的半熔化或半凝固金屬進行成形加工的工藝方法的總稱，主要包括觸變成形和流變成形兩種工藝。半固態金屬坯料具有一定的固液比，和液態金屬相比粘度較高，成形時可避免噴濺、紊流及卷氣等問題，成形件比液態鑄件性能好；它和固體鍛造相比，低變形抗力和良好的流動性使得更易形成微細特征結構，且成形載荷較低。因此，和傳統成形工藝相比，半固態金屬成形較好地綜合了固態模鍛與液態壓鑄成形的優點，可批量生產形狀復雜、高性能和高精度的微型零部件。在半固態金屬成形過程中，金屬材料流動應力不僅受到固相率的直接影響，也受到固相團聚程度的顯著影響。固相團聚程度較高時，將明顯提高半固態金屬表觀粘度和流動應力，從而降低其對于薄壁型腔的填充能力，限制了鋁合金半固態壓鑄技術的進一步應用和推廣。中國技術專利(申請號200810058112.7)公開了一種過共晶鋁硅合金鑄件半固態流變擠壓鑄造工藝及裝置。該裝置采用擠壓鑄造，實現過共晶鋁硅合金制品的半固態連續流變擠壓鑄造，提高了材料的利用率，減少加工余量，但是其仍然存在成形力大、成形效果不好等問題，難以滿足復雜薄壁類零件的成型需求。中國技術專利(申請號201410087101.7)公開了一種高硅鋁合金封裝外殼半固態的連續成形方法。該技術利用半固態擠壓成形中液相與固相偏析和分離的特征，制備加工高性能薄壁復雜形狀高硅鋁合金電子封裝殼體，但該技術工藝制作多為簡單殼體零件，難以滿足高深寬比的復雜薄壁類鋁合金鑄件加工。
技術實現思路
本技術的目的是為了降低半固態金屬中的固相團聚程度，進一步提高薄壁類鋁合金鑄件的壓鑄成形性能和質量，提出了一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置，在壓鑄過程中引入超聲能場，能有效降低固相團聚程度，進而提高半固態金屬的流動能力和充型能力，降低半固態金屬與型腔壁的摩擦阻力，同時超聲振動可細化晶粒，提高鑄件的成形質量。本技術解決其技術問題所采用的技術方案是：本技術包括壓鑄機、壓鑄模具、超聲振動系統和冷卻系統，壓鑄模具安裝在壓鑄機，壓射組件穿過靜模固定板與壓鑄模具連接，壓鑄模具的動模上安裝連接超聲振動系統，超聲振動系統直接作用于動模以超聲輔助進行半固態壓鑄成型，動模設有與超聲振動系統連接的冷卻系統。所述的壓鑄機包括底座、壓射組件、靜模固定板、動模固定板、壓鑄機導柱和壓鑄機導軌，壓射組件與靜模固定板固定連接，靜模固定板固定在底座上，動模固定板可水平移動地活動安裝在底座上；壓鑄機導軌安裝在靜模固定板側方的底座上，動模固定板底部嵌入壓鑄機導軌；靜模固定板兩側固定連接有水平的壓鑄機導柱，壓鑄機導柱穿過動模固定板中部，壓鑄機導軌和壓鑄機導柱相平行；動模固定板沿壓鑄機導軌和壓鑄機導柱水平移動。所述的壓鑄模具包括動模和靜模，靜模和動模均通過壓板組件分別固定在靜模固定板和動模固定板上，靜模固定板端面連接有壓射組件，靜模上設有靜模澆注口，靜模澆注口與壓射組件的出口連接相通。所述的靜模包括第一螺栓、澆口套、靜模模架、靜模模芯和模具導套，靜模模架一端通過壓板組件固定在靜模固定板上，靜模模架另一端的四角開有階梯孔，階梯孔內裝有用于動模的模具導柱伸入配合連接的模具導套；靜模模架中間鑲嵌有靜模模芯，通過第一螺栓與靜模模架固定，靜模模芯及靜模模架中部開有通孔，通孔內套有澆口套。所述的動模包括動模模架、動模模芯、模具導柱、動模支撐板、動模模腳和第二螺栓，動模模架、動模支撐板和動模模腳之間通過四角的第二螺栓依次相固定連接，動模模架中間鑲嵌固定有動模模芯，動模支撐板一端面的四角設有模具導柱，模具導柱穿過動模模架伸入到所述靜模的靜模模架的模具導套中，動模支撐板另一端上固定安裝有超聲振動系統。所述的超聲振動系統包括超聲發生器和超聲振動器，超聲振動器包括固定安裝在法蘭盤上的超聲換能器和超聲變幅桿，法蘭盤的四角通過連接桿和第一螺母固定連接到所述動模支撐板端面，超聲變幅桿的輸入端通過螺栓組固定連接在法蘭盤上并穿過法蘭盤的中心孔，超聲變幅桿輸出端穿過所述動模支撐板伸入到動模模芯中；超聲換能器通過超聲連接桿固定在超聲變幅桿輸入端的端面，超聲換能器和超聲變幅桿輸入端端面之間連接有壓電陶瓷；超聲連接桿端面開有出水口，超聲變幅桿的節點位置設有進水口，出水口和進水口與水冷系統連接。所述的壓射組件包括壓射桿和壓射管道，壓射桿伸入到壓射管道一端內，壓射管道側壁連接進料口，壓射管道內形成壓射腔，壓射管道另一端穿過靜模固定板與靜模連接，使得靜模上的靜模澆注口與壓射腔出口同心對齊。由于壓鑄過程屬于高溫高壓，為了防止超聲換能器由于過熱而損壞，在超聲系統上設置水冷系統12。所述的水冷系統包括水泵和水箱，進水口經水泵和水箱連接，出水口直接與水箱連接。本技術裝置通過上述超聲振動系統在壓鑄模具上施加超聲波，通過壓射組件在壓射腔內進行處理，不僅可改善鋁合金半固態熔體的流動性和充型性能，還可以提高壓鑄件的力學性能。本技術所述復雜薄壁類鋁合金鑄件為特征尺寸為0.5mm～1.5mm壁厚的鋁合金鑄件。本技術具有的有益效果是：1、本技術將超聲波引入到鋁合金半固態壓鑄成型加工過程中，通過連接桿結合法蘭結構將超聲系統直接與動模模芯接觸，并保持一定的預壓力，保證超聲波以最大的效率傳導到半固態溶體，一方面利用超聲波振動有效降低固相團聚程度，進而提高半固態金屬的流動能力和充型能力，降低半固態金屬與型腔壁的摩擦阻力，另一方面超聲振動也可細化晶粒，提高鑄件的致密度，從而進一步鋁合金鑄件的力學性能和導熱性能；2、超聲發生器能夠自動進行頻率掃描匹配，實現對不同模具進行頻率掃描和匹配，提高了系統的適應性；3、將冷卻系統設置在變幅桿節點位置，直接隔斷了模具熱量傳導，提高了冷卻效率，同時不對超聲系統工作頻率產生影響。附圖說明圖1是本技術的整體裝配結構原理圖。圖2是本技術合模過程的原理圖。圖3是本技術半固態漿本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置，其特征在于：包括壓鑄機、壓鑄模具(4、5)、超聲振動系統和冷卻系統(12)，壓鑄模具(4、5)安裝在壓鑄機上，壓鑄模具(4、5)的動模(5)上安裝連接超聲振動系統，超聲振動系統直接作用于動模(5)以超聲輔助進行半固態壓鑄成型，動模(5)設有與超聲振動系統連接的冷卻系統(12)。
【技術特征摘要】
1.一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置，其特征在于：包括壓鑄機、壓鑄模具(4、5)、超聲振動系統和冷卻系統(12)，壓鑄模具(4、5)安裝在壓鑄機上，壓鑄模具(4、5)的動模(5)上安裝連接超聲振動系統，超聲振動系統直接作用于動模(5)以超聲輔助進行半固態壓鑄成型，動模(5)設有與超聲振動系統連接的冷卻系統(12)。2.根據權利要求1所述的一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置，其特征在于：所述的壓鑄機包括靜模固定板(3)、動模固定板(7)、壓鑄機導柱(9)、底座(13)、壓射組件和壓鑄機導軌(10)，壓射組件與壓鑄模具(4、5)連接，壓射組件與靜模固定板(3)固定連接，靜模固定板(3)固定在底座(13)上，動模固定板(7)可水平移動地活動安裝在底座(13)上；壓鑄機導軌(10)安裝在靜模固定板(3)側方的底座(13)上，動模固定板(7)底部嵌入壓鑄機導軌(10)；靜模固定板(3)兩側固定連接有水平的壓鑄機導柱(9)，壓鑄機導柱(9)穿過動模固定板(7)中部，壓鑄機導軌(10)和壓鑄機導柱(9)相平行；動模固定板(7)沿壓鑄機導軌(10)和壓鑄機導柱(9)水平移動。3.根據權利要求1所述的一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置，其特征在于：所述的壓鑄模具包括動模(5)和靜模(4)，靜模(4)和動模(5)均通過壓板組件(8)分別固定在靜模固定板(3)和動模固定板(7)上，靜模固定板(3)端面連接有壓射組件，靜模(4)上設有靜模澆注口，靜模澆注口與壓射組件的出口連接相通。4.根據權利要求3所述的一種復雜薄壁類鋁合金件超聲輔助半固態壓鑄成型裝置，其特征在于：所述的靜模(4)包括第一螺栓(16)、澆口套(17)、靜模模架(18)、靜模模芯(19)和模具導套(20)，靜模模架(18)一端通過壓板組件固定在靜模固定板(3)上，靜模模架(18)另一端的四角開有階梯孔，階梯孔內裝有用于動模(5)的模具導柱(23)伸入配合連接的模具導套(20)；靜模模架(18)中間鑲嵌有靜模模芯(19)，通過第一螺栓(16)與靜模模架固定，靜模模芯(19)與靜模模架(18)中部開有通...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于宗楷，梅德慶，姚喆赫，汪延成，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：新型
國別省市：浙江,33
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