[发明专利]一种面向铝合金铸坯的增量模锻成形方法

说明书

本发明属于金属锻件加工技术领域，并公开了一种面向铝合金铸坯的增量模锻成形方法，该方法包括铸造制坯、铸坯清理和增量模锻等工艺环节，其中通过铸造获得接近模锻件形状的预制坯，然后利用快速直驱电动螺旋压力机多次加载渐进式模锻成形，每次加载间隔在锻件表面快速喷射冷却介质，使表层在锻造硬化的基础上更加硬化，直至获得所需的铝合金铸件。通过本发明，能够促进锻件心部的塑性变形，提高其锻透性，压实焊合微观缺陷，实现复杂高性能铝合金锻件的精密成形，同时还具有成形质量好、工艺流程短、材料利用率高、设备简单等优点。

技术领域

本发明属于金属锻件加工技术领域，更具体地，涉及一种面向铝合金铸坯的增量模锻成形方法。

背景技术

在材料加工成形工艺中，往往会运用到各类零件毛坯。其中采用铸坯作为铝合金零件模锻的毛坯，即通过铸造获得接近于模锻件形状的预制坯，相比于常规的采用棒料并经历多工步锻造制造毛坯的方式，能够显著缩短工艺流程，提高生产效率和材料利用率，并降低模锻件制造成本。一般来说，模锻有助于压实铸坯内存在的疏松、缩孔等缺陷。

现有技术中基于铸坯的模锻成形方式主要采用了一次加载成形的方案。例如，CN200580012476.6公开了一种铝车轮的铸锻工艺，其中提出的成形步骤为“低压铸造或重力铸造制坯→加热→模锻”，即通过铸造工艺制造一个轮辐铸件，将该轮辐铸件加热到塑性变形温度，然后放在锻模中进行一次高压锻造获得铝车轮锻件。CN200910024715.X公开了一种铝合金连杆铸/锻联合工艺，其成形步骤为“压力铸造或金属型重力铸造制坯→锻造”，其中将尚有铸造余热的铸坯直接进行模锻获得铝合金连杆锻件，同样为一次加载锻造。又如，CN201510121047.8中公开了一种铝质汽车部件制造用连续铸锻造装置及其的制造方法，其步骤为“铸造→冲切冒口→保温→锻造”，在尚有铸造余热的情况下直接切冒口、保温，然后再进行一次加载锻造成形获得所需产品。上述现有工艺方法的主要缺陷在于，由于锻造过程为一次加载完成，必然会存在变形量分布不均匀、锻透性不佳等问题。

为此，本申请的发明人早期递交了名称为“一种铝合金锻件振动铸锻复合成形方法”、申请号为CN201610903093.8的专利，其中提出基于挤压铸造获得的毛坯，采用振动模式多次加载模锻成形所需产品，相应可在一定程度上解决上述方案中由于一次加载所造成的问题。然而，进一步的研究表明，以上振动模式多次加载方案仍存在以下不足：一方面，更为深入的建模分析发现，在模锻时所施加的变形能量会沿着铸坯表面向内部逐渐衰减，变形容易集中在表层，相应即便采用了振动多次加载，心部仍可能存在变形量较小、锻透性差，内部压实效果不佳等缺陷；另一方面，若采用较大的变形量来压实焊合上述缺陷，模锻设备所需提供的变形能量也越大，相应不仅对模锻设备的要求很高，而且模锻设备滑块连续的高频变换方向并往复运动，容易降低设备运动稳定性和使用寿命，此外表面和心部的较大变形量差异也会导致锻件性能不均匀。相应地，本领域亟需做出进一步的改进，以便更好地符合现代化制造生产中对铝合金锻件的更高质量和效率需求。

发明内容

针对现有技术的以上不足之处和改进需求，本发明提供了一种面向铝合金铸坯的增量模锻成形方法，其中通过将整个模锻成形过程中的振动模式多次加载调整为增量式多次间隔加载，并充分利用多次加载间隔的强制表层冷却硬化来促进铸坯心部的塑性变形，相应可更好地解决现有技术中铝合金铸坯表层与心部变形差异大、微观缺陷压实效果差等问题；同时还能够有效避免对设备的高要求，并具有工艺流程短、操控方便、适用面广、材料利用率高等特点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种面向铝合金铸坯的增量模锻成形方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)铸造制坯及清理步骤

将铝合金原料加热获得熔体，随后待熔体的温度下降至其液相线以上60℃～100℃时，利用金属型铸造的方式浇铸获得带冒口的铸坯；接着，对铸坯的冒口进行锯切，并清理修整冒口所处部位及表面缺陷，获得铝合金铸坯；

(b)增量模锻步骤，其具体包括以下子步骤：