本發(fā)明屬于鋁合金鍛件加工方法，具體涉及一種鋁合金鍛件振動(dòng)鑄鍛復(fù)合成形方法。

背景技術(shù)：

鋁合金鍛件具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、耐腐蝕性好、易于循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，成為國內(nèi)外輕量化制造的首選輕金屬材料，廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、船舶等領(lǐng)域。但由于鋁合金塑性較差，流動(dòng)阻力大，速度敏感性強(qiáng)，單道次許可變形程度小，復(fù)雜鍛件成形往往需要多道工序，一般包括下料、多道次輥鍛制坯、預(yù)鍛、終鍛等，工藝流程長，生產(chǎn)效率和材料利用率低。

近年來，出現(xiàn)了一種鋁合金鑄鍛復(fù)合成形工藝，這種工藝?yán)描T造獲得預(yù)制毛坯，然后利用鍛造進(jìn)行最終成形，具有工藝流程短、生產(chǎn)效率和材料利用率高的優(yōu)點(diǎn)。

申請?zhí)枮?01410632333.6、名稱為“一種金屬液態(tài)波動(dòng)高壓鑄鍛一次成型方法”的發(fā)明專利，成形步驟為“壓力鑄造→波動(dòng)高壓鍛造”，其采用壓力把液態(tài)金屬輸入模腔內(nèi)壓力鑄造，待液態(tài)金屬充滿模腔后0.01～2s，瞬時(shí)完成對模腔內(nèi)液態(tài)或半固態(tài)金屬的波動(dòng)高壓鍛造，完成壓鑄鍛造一次成型。該方法是在金屬為液態(tài)或半固態(tài)時(shí)進(jìn)行鍛造，該方法實(shí)際上仍為傳統(tǒng)的液態(tài)模鍛，存在的問題是鍛造變形量非常小，難以大量消除鑄造疏松、縮孔、氣孔等缺陷，影響產(chǎn)品的致密度，且鍛模使用壽命低。

專利號(hào)為200580012476.6、名稱為“鋁車輪的鑄鍛工藝”的專利，其成形步驟為“低壓鑄造或重力鑄造制坯→加熱→模鍛”，通過鑄造工藝制造一個(gè)輪輻鑄件，將該輪輻鑄件加熱到塑性變形溫度，然后放在鍛模中進(jìn)行高壓鍛造獲得鋁車輪鍛件。專利號(hào)為200910024715.X、名稱為“一種鋁合金連桿鑄/鍛聯(lián)合工藝”的專利，其成形步驟為“壓力鑄造或金屬型重力鑄造制坯→鍛造”，將尚有鑄造余熱的預(yù)成形件直接進(jìn)行模鍛獲得鋁合金連桿鍛件。專利號(hào)為201110283392.3、名稱為“輪椅架結(jié)構(gòu)件鑄鍛成型方法”的專利，其步驟為“鑄造→鋸切冒口→加熱→油壓機(jī)上模鍛”，實(shí)現(xiàn)了鋁合金輪椅架的成形制造。申請?zhí)枮?01510121047.8、名稱為“一種鋁質(zhì)汽車部件制造用連續(xù)鑄鍛造裝置及其的制造方法”的專利，其步驟為“鑄造→沖切冒口→保溫→鍛造”，在尚有鑄造余熱的情況下直接切冒口、保溫，然后再進(jìn)行鍛造成形獲得所需產(chǎn)品。上述方法的鍛造變形量較大，疏松、縮孔等鑄造缺陷的消除有所提高，但由于鍛造過程為一次加壓完成，鍛透性不佳，微觀缺陷仍較多，影響力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種鋁合金鍛件振動(dòng)鑄鍛復(fù)合成形方法，解決現(xiàn)有技術(shù)鍛造過程一次加壓造成的鑄造預(yù)成形件鍛透性不佳、微觀缺陷壓實(shí)效果差的問題，以消除鍛件缺陷、提高鍛件性能。

本發(fā)明所提供的一種鋁合金鍛件振動(dòng)鑄鍛復(fù)合成形方法，包括合金熔煉、擠壓鑄造和振動(dòng)模鍛步驟，其特征在于：

(1)合金熔煉：

采用鋁合金熔煉爐將鋁合金原料加熱至其液相線溫度以上80℃～120℃，熔化冶煉形成鋁合金熔體；

鋁合金原料的液相線溫度可利用差示掃描量熱法測量確定，試樣加熱熔化時(shí)差熱曲線上第一個(gè)吸熱峰的外推起始點(diǎn)所對應(yīng)的溫度為液相線溫度。

(2)擠壓鑄造：

待鋁合金熔體溫度降至液相線溫度以上60℃～100℃時(shí)，將其澆入安裝在擠壓鑄造壓力機(jī)上的金屬型擠壓鑄造模具型腔內(nèi)，鋁合金熔體隨模冷卻5s～10s后，通過擠壓鑄造壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)模具沖頭對凝固冷卻中的鋁合金熔體施加比壓為100MPa～200MPa的壓力，并保持10s～20s，冷卻后獲得鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件；

(3)振動(dòng)模鍛：

將鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件用電阻爐加熱至其始鍛溫度，再放入安裝在伺服鍛造壓力機(jī)上振動(dòng)模鍛模具的下模具型腔內(nèi)，隨后通過壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模具以10次/s～40次/s的頻率快速打擊，使鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件逐漸變形，單次打擊變形進(jìn)給量0.2mm～0.5mm，直至上模和下模閉合得到所需鋁合金鍛件為止。

鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件的始鍛溫度可利用差示掃描量熱法測量確定，試樣冷卻凝固時(shí)差熱曲線上第一個(gè)放熱峰的外推起始點(diǎn)所對應(yīng)的溫度減去30℃為始鍛溫度。

所述的鋁合金鍛件振動(dòng)鑄鍛復(fù)合成形方法，其特征在于：

所述擠壓鑄造步驟中，所述金屬型擠壓鑄造模具的預(yù)熱溫度為150℃～200℃；

所述振動(dòng)模鍛步驟中，所述振動(dòng)模鍛模具的上模具和下模具預(yù)熱溫度為200℃～250℃。

所述金屬型擠壓鑄造模具型腔和模鍛模具型腔的體積相等、形狀相似，金屬型擠壓鑄造模具型腔的投影輪廓的長、寬以及凹槽的長、寬尺寸較振動(dòng)模鍛模具型腔的對應(yīng)尺寸減小3～5mm，拔模斜度增大5～8°，凹槽或凸臺(tái)的相對位置尺寸保持不變；保證振動(dòng)模鍛時(shí)以鐓粗變形為主，使金屬發(fā)生較大的變形，有效細(xì)化晶粒、提高鍛件密度。

本發(fā)明將鋁合金在熔融狀態(tài)下成形性能好和振動(dòng)模鍛可有效細(xì)化晶粒、提高鍛件密度兩種優(yōu)點(diǎn)結(jié)合于一體；利用高壓擠壓鑄造促進(jìn)鑄造過程的微觀缺陷壓實(shí)，利用高頻振動(dòng)加壓產(chǎn)生沖擊致熱和應(yīng)力波疊加效應(yīng)，提高鍛透性，促進(jìn)鍛造過程缺陷的壓實(shí)焊合，解決了鋁合金鍛件鑄鍛復(fù)合成形中鍛造過程一次加壓造成的鍛透性不佳、微觀缺陷壓實(shí)效果差的問題，提高了力學(xué)性能，且具有工藝流程短、材料利用率高、節(jié)約能源、設(shè)備投入小的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于汽車轉(zhuǎn)向節(jié)控制臂等復(fù)雜鋁合金鍛件的成形。

附圖說明

圖1(A)為鋁合金連桿鍛件剖視圖；

圖1(B)為鋁合金連桿鍛件俯視圖；

圖2(A)為鋁合金連桿擠壓鑄造預(yù)成形件剖視圖；

圖2(B)為鋁合金連桿擠壓鑄造預(yù)成形件俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明：

實(shí)施例1：包括合金熔煉、擠壓鑄造和振動(dòng)模鍛步驟，其特征在于：

(1)合金熔煉：

采用鋁合金熔煉爐將6061鋁合金原料加熱至其液相線溫度650℃以上80℃，即730℃，熔化冶煉形成鋁合金熔體；

(2)擠壓鑄造：

待鋁合金熔體溫度降至液相線溫度650℃以上60℃即710℃時(shí)，將其澆入安裝在1000kN擠壓鑄造壓力機(jī)上的金屬型擠壓鑄造模具型腔內(nèi)，鋁合金熔體隨模冷卻10s后，通過擠壓鑄造壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)模具沖頭對凝固冷卻中的鋁合金熔體施加比壓為200MPa的壓力，并保持10s，冷卻后獲得鋁合金連桿擠壓鑄造預(yù)成形件，如圖2所示，圖中，P1為連桿擠壓鑄造預(yù)成形件兩端連皮中心之間距離，α+(5)為連桿擠壓鑄造預(yù)成形件兩端凹槽拔模斜度，表示在α對應(yīng)角度增加5°；P2為連桿擠壓鑄造預(yù)成形件中部凹槽兩端圓弧中心之間距離，β+(8)為連桿擠壓鑄造預(yù)成形件中部凹槽拔模斜度，表示在β對應(yīng)角度增加8°；L1-(5)為連桿擠壓鑄造預(yù)成形件長度，表示在L1對應(yīng)尺寸減少5mm；W1-(5)為連桿擠壓鑄造預(yù)成形件端部圓臺(tái)外徑，表示在W1對應(yīng)尺寸減少5mm；W2-(3)為連桿擠壓鑄造預(yù)成形件中部凹槽側(cè)邊厚度，表示在W2對應(yīng)尺寸減少3mm；

所述金屬型擠壓鑄造模具的預(yù)熱溫度為200℃；

(3)振動(dòng)模鍛：

將鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件用電阻爐加熱至始鍛溫度480℃，再放入安裝在1100kN伺服鍛造壓力機(jī)上振動(dòng)模鍛模具的下模具型腔內(nèi)，隨后通過壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模具以25次/s的頻率快速打擊，使鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件逐漸變形，單次打擊變形進(jìn)給量0.3mm，直至上模和下模閉合為止，得到所需鋁合金連桿鍛件，如圖1所示，圖中，P1為連桿鍛件兩端連皮中心之間距離，α為連桿鍛件兩端凹槽拔模斜度，P2為連桿鍛件中部凹槽兩端圓弧中心之間距離，β為連桿鍛件中部凹槽拔模斜度，L1為連桿鍛件長度，W1為連桿鍛件端部圓臺(tái)外徑，W2為連桿鍛件中部凹槽側(cè)邊厚度；

所述振動(dòng)模鍛模具的上模具和下模具預(yù)熱溫度為250℃。

本實(shí)施例中，所述金屬型擠壓鑄造模具型腔和模鍛模具型腔的體積相等、形狀相似，金屬型擠壓鑄造模具型腔的投影輪廓的長、寬以及凹槽的長、寬尺寸較振動(dòng)模鍛模具型腔的對應(yīng)尺寸減小3～5mm，拔模斜度增大5～8°，凹槽或凸臺(tái)的相對位置尺寸保持不變；所述最終鋁合金鍛件如圖1所示，鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件如圖2所示，連桿擠壓鑄造預(yù)成形件長度和端部圓臺(tái)外徑均比最終鋁合金連桿鍛件對應(yīng)尺寸減小5mm，連桿擠壓鑄造預(yù)成形件中部凹槽側(cè)邊厚度比最終鋁合金連桿鍛件減小3mm，連桿擠壓鑄造預(yù)成形件兩端凹槽拔模斜度及連桿擠壓鑄造預(yù)成形件中部凹槽拔模斜度比最終鋁合金連桿鍛件分別增大5°和8°，連桿擠壓鑄造預(yù)成形件兩端連皮中心之間距離P1和連桿擠壓鑄造預(yù)成形件中部凹槽兩端圓弧中心之間距離P2相對于最終鋁合金連桿鍛件保持不變。

實(shí)施例2：包括合金熔煉、擠壓鑄造和振動(dòng)模鍛步驟，其特征在于：

(1)合金熔煉：

采用鋁合金熔煉爐將6061鋁合金原料加熱至其液相線溫度650℃以上80℃，即730℃，熔化冶煉形成鋁合金熔體；

(2)擠壓鑄造：

待鋁合金熔體溫度降至液相線溫度650℃以上60℃即710℃時(shí)，將其澆入安裝在1000kN擠壓鑄造壓力機(jī)上的金屬型擠壓鑄造模具型腔內(nèi)，鋁合金熔體隨模冷卻10s后，通過擠壓鑄造壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)模具沖頭對凝固冷卻中的鋁合金熔體施加比壓為200MPa的壓力，并保持10s，冷卻后獲得鋁合金控制臂擠壓鑄造預(yù)成形件；

所述金屬型擠壓鑄造模具的預(yù)熱溫度為200℃；

(3)振動(dòng)模鍛：

將鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件用電阻爐加熱至始鍛溫度480℃，再放入安裝在3000kN伺服鍛造壓力機(jī)上振動(dòng)模鍛模具的下模具型腔內(nèi)，隨后通過壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模具以10次/s的頻率快速打擊，使鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件逐漸變形，單次打擊變形進(jìn)給量0.5mm，直至上模和下模閉合為止，得到所需鋁合金控制臂鍛件；

所述振動(dòng)模鍛模具的上模具和下模具預(yù)熱溫度為250℃。

實(shí)施例3：包括合金熔煉、擠壓鑄造和振動(dòng)模鍛步驟，其特征在于：

(1)合金熔煉：

采用鋁合金熔煉爐將A390鋁合金原料加熱至其液相線溫度650℃以上120℃，即770℃，熔化冶煉形成鋁合金熔體；

(2)擠壓鑄造：

待鋁合金熔體溫度降至液相線溫度650℃以上100℃即750℃時(shí)，將其澆入安裝在1000kN擠壓鑄造壓力機(jī)上的金屬型擠壓鑄造模具型腔內(nèi)，鋁合金熔體隨模冷卻5s后，通過擠壓鑄造壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)模具沖頭對凝固冷卻中的鋁合金熔體施加比壓為100MPa的壓力，并保持20s，冷卻后獲得鋁合金斜盤擠壓鑄造預(yù)成形件；

所述金屬型擠壓鑄造模具的預(yù)熱溫度為150℃；

(3)振動(dòng)模鍛：

將鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件用電阻爐加熱至始鍛溫度500℃，再放入安裝在1100kN伺服鍛造壓力機(jī)上振動(dòng)模鍛模具的下模具型腔內(nèi)，隨后通過壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模具以40次/s的頻率快速打擊，使鋁合金擠壓鑄造預(yù)成形件逐漸變形，單次打擊變形進(jìn)給量0.2mm，直至上模和下模閉合為止，得到所需鋁合金斜盤鍛件；

所述振動(dòng)模鍛模具的上模具和下模具預(yù)熱溫度為200℃。

上述實(shí)施例2和實(shí)施例3中，所述金屬型擠壓鑄造模具型腔和模鍛模具型腔的體積相等、形狀相似，金屬型擠壓鑄造模具型腔的投影輪廓的長、寬以及凹槽的長、寬尺寸較振動(dòng)模鍛模具型腔的對應(yīng)尺寸減小3～5mm，拔模斜度增大5～8°，凹槽或凸臺(tái)的相對位置尺寸保持不變。