способ жидкой штамповки деталей

Формула изобретения

СПОСОБ ЖИДКОЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ, включающий заливку металла в полость матрицы, кристаллизацию металла под давлением, приложение повышенного давления на металл ранее полной его кристаллизации до достижения пластической деформации заданной степени, отличающийся тем, что перед заливкой металла отдельные части полости матрицы перекрывают, а во время приложения повышенного давления и под его воздействием принудительно открывают эти части и заполняют частично закристаллизовавшимся металлом, а затем к этим частям прикладывают повышенное давление.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению деталей любой конструкции методом совмещения литья с кристаллизацией под давлением (ЛКД) и жидкой штамповки.

Известен способ жидкой штамповки, при котором расплав под давлением поршня подают в форму и выдерживают под давлением до полузатвердевшего состояния. Затем в полость подают пуансон под повышенным давлением и вытесняют часть металла в освободившийся при отходе поршня объем [1]

Однако известный способ имеет следующие недостатки.

1. Порция расплавленного металла в рабочую зону штампа (формы) подается через специальную втулку методом выживания по аналогии литья под давлением, но со значительно меньшей скоростью. Это накладывает определенные ограничения на марки применяемых сплавов, которые должны обладать хорошей жидкотекучестью, узким интервалом кристаллизации, малым коэффициентом усадки во избежание горячих трещин при затвердевании в металлической форме. Такими свойствами обладают лишь малокомпонентные литейные, алюминиевые сплавы, которые по комплексу физико-механических свойств значительно уступают высокопрочным многокомпонентным литейным и деформируемым алюминиевым сплавам.

2. Кристаллизация заполненного металла в штамп происходит под давлением, равным усилию выжимания, которое не обеспечивает компенсацию усадочных процессов по всему объему заготовки. Дополнительное усилие, которое прикладывается к прессущим частям штампа для перемещения их на величину, компенсирующую усадку, ограничивается застойными зонами в закрытом штампе.

Известен способ жидкой штамповки деталей, выбранный в качестве прототипа. Этот способ включает заливку металла в матрицу, кристаллизацию металла под давлением, приложение повышенного давления ранее полного окончания кристаллизации металла до достижения состояния пластической деформации [2]

Недостаток этого способа заключается в том, что при изготовлении деталей сложной конфигурации описанным способом невозможно достичь высоких механических свойств по всему сечению этих деталей, пластическая деформация осуществляется в локальных местах заготовки.

Техническая задача изобретения заключается в том, чтобы получить детали сложной формы (с тонкими ответвлениями, например, дисков автомобильных колес) с высокими механическими свойствами.

Поставленная техническая задача достигается тем, что способ жидкой штамповки деталей, включающий заливку металла в полость матрицы, кристаллизацию металла под давлением, приложение повышенного давления на металл ранее полной его кристаллизации до достижения пластической деформации заданной степени, предусматривает перекрытие перед заливкой отдельных частей полости матрицы, а во время приложения повышенного давления и под его воздействием принудительно открывают эти части и заполняют частично закристаллизовавшимся металлом, а затем к этим частям также прикладывают повышенное давление.

По сравнению с прототипом предложенный способ отличается наличием следующих операций: во время приложенного повышенного давления и под его воздействием производят открывание полости второго порядка матрицы; принудительное заполнение этой полости частично закристаллизовавшимся металлом из полости первого порядка матрицы.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Изобретательский уровень объясняется тем, что данный способ позволил разрешить техническое противоречие, возникающее между необходимостью повышения физико-механических свойств, получаемых методом ЛКД деталей сложной конфигурации, и ограниченными возможностями использования при этом высокопрочных многокомпонентных алюминиевых сплавов.

На фиг.1 и 2 изображена установка, реализующая предлагаемый способ.

Установка для жидкой штамповки деталей включает верхний пуансон 1, верхний средний пуансон 2, разъемную матрицу 3, нижний средний пуансон 4, нижний пуансон 5, стол 6, мерную порцию 7 металла, полости А и Б первого порядка, полость В второго порядка.

На фиг.2 цифрами I-III обозначены части заготовок, из которых вырезались образцы для исследования механических свойств.

Способ жидкой штамповки деталей осуществляется следующим образом.

Пуансоны 1 и 2 устанавливают в верхнее положение. К пуансонам 5 и 4 приложены давления Р₃ и Р₂ соответственно, они находятся в рабочем положении. При таком положении пуансонов образованы полости А и Б первого порядка и полость В второго порядка. Полость B второго порядка перекрыта, чтобы в нее не попал жидкий металл во время заливки.

Мерную порцию 7 жидкого металла заливают в полость Б первого порядка матрицы. Пуансонам 1 и 2 прикладывают давление Р₁. Происходит неполное формообразование детали, металл заполняет полость A первого порядка, но не попадает еще в полость В второго порядка. Под этим давлением выдерживают деталь в течение времени, достаточного для образования 75-85% твердой фазы металла в полости А и 50-60% в полости Б. Пуансоны 1 и 2 перемещаются за это время на величину, достаточную для компенсации усадочного процесса при затвердевании металла в полостях А и Б. Затем к пуансону 1 прикладывается увеличенное давление, под действием которого происходит дальнейшее перемещение пуансона 1 на величину h₁-h₂ (фиг.1 и 2). При этом пуансоны 5 и 4 принудительно перемещаются, открывая полость В второго порядка, которая заполняется металлом из полостей А и Б первого порядка.

Под этим давлением деталь выдерживают в течение времени, достаточного для образования 75-85% твердой фазы металла в полостях Б и В. Пуансоны 5 и 4 перемещаются за это время на величину, компенсирующую усадочные процессы при затвердевании. Затем к пуансонам 5 и 4 прикладывают увеличенное давление, под действием которого происходит дальнейшее перемещение пуансонов на величину h₃, при этом пуансон 2 принудительно возвращается в исходное состояние. Одновременно с этим перемещением происходит окончательное затвердевание металла во всем объеме заготовки. Во всех частях детали происходит пластическая деформация 0,1.0,8.

Затем пуансоны 1 и 2 извлекают из матрицы 3. Матрица, состоящая из двух принудительно поднимающихся и раздвигающихся полуматриц, отделяет отштампованную деталь от пуансона 4, после чего она извлекается из зоны штампа.

Проведены исследования механических свойств образцов, вырезанных из различных частей заготовок (фиг.2) одной и той же детали, изготовленных из алюминиевых литейных и деформируемых сплавов разными способами: литье под низким давлением; литье с кристаллизацией под давлением; горячая объемная штамповка и способ жидкой штамповки, описанный в предлагаемом изобретении.

Замерялись следующие характеристики: _в предел прочности, относительное удлинение образцов и НВ твердость по Бринелю. Из результатов замера, приведенных в таблице, видно все характеристики образцов, полученных предлагаемым способом выше.