一种控制铸造飞边的加工方法与流程

1.本发明涉及铝合金铸造技术领域，具体涉及控制铸造飞边的加工方法。


背景技术：

2.参见图1，铸造飞边101是模具型腔3内的液态合金7在铸造充型时流入到缝隙尺寸较大的分型面间隙6，或在型腔充满后的铸造加压阶段被挤入到缝隙尺寸较小的分型面间隙6，并最后凝固而形成的与铸件10本体相连的锋利附属物，分型面是模具开模取件所必须具有的设计面，而分型面间隙6是避免定模2与动模1接触而碰撞损坏，使其高度分别低于动模模框4、定模模框5的模具设计要求，同时模具在工作状态下因模具温度场存在导致间隙尺寸并不均匀。综上因素导致分型面间隙6必然存在，所以铸造飞边101一定程度上来说只能减少而无法避免。参见图2，铸造飞边101与铸件10直接相连，且呈不规则样式， 铸件飞边101有搬运割伤风险、影响铸件10美观及影响装配，需要被清理。
3.减少飞边的关键技术有简化分型线形状、控制分型线间隙和降低工艺参数三条主流技术路线。简化分型线能减少飞边控制的难度，是模具设计的常规要求且受制于产品形状，减少飞边的效果有限；控制分型面间隙能有效阻止金属液体进入间隙，一般认为分型面间隙0.07mm是铸造飞边形成的极限值，但是对大型模具的温度不均匀性导致的不同程度变形、模具磨损等均难以保证将间隙控制在极限值以下；优化参数主要是指大幅度降低充型速度及增压压力，但会影响铸件成型及内部质量，降低质量要求以减少毛刺是舍本逐末，且一般只能减少铸造飞边产生。
4.关于铸造飞边控制的专利申请，绝大多数研究属于提高清理效率的事后处理方法，如cn208276162u公开的一种铸造飞边冲切去除装置，利用冲裁手段清理飞边，本质上没有减少毛刺。还有优化模具结构的专利，如cn208322015u公开的一种易清除铸造飞边的模具，利用冷却水给分型线附近的模具结构降温的方法，让金属液尽快凝固以降低飞边的产生量，此方法要求模具结构简单，对复杂零件的模具可操作性差。
5.因此，针对铸造飞边需要一种事前控制、方法简单易操作、适用范围广的控制铸造飞边的加工方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种控制铸造飞边的加工方法，其能够使铸造飞边控制在一定范围内，使其按照设计的尺寸、形状生长，在不影响后期加工、装配的情况下可以不用清理,且具有增加结构强度的作用，既满足了铸件外观要求，又降低了清理铸件的成本。
7.本发明所述的控制铸造飞边的加工方法，在铸造模具的动模的动模型腔开口位置加工制得第一缺口，所述第一缺口与动模型腔连通；在铸造模具的定模的定模型腔开口位置加工制得第二缺口，所述第二缺口与定模型腔连通；所述第一缺口和第二缺口合围形成用于容纳液态合金的槽；设定工艺参数：模具温度不超过350℃，铝合金液体温度不超过710℃，分型区域上、下2cm范围内的铸造充型速度不超过10cm/s，铸造保压压力不超过45kpa；
合模，铸造得到铸件。
8.进一步，所述槽的深度为2~3mm，槽的两个侧壁之间的距离为1~2mm。
9.进一步，在动模型腔和定模型腔表面喷涂保温涂料，打磨第一缺口和第二缺口表面的保温涂层，露出模具本体。
10.进一步，所述第一缺口的转角位置、第二缺口的转角位置均设有弧形过渡段。
11.进一步，所述第一缺口和第二缺口以分型面为中心面对称布置。
12.进一步，所述第一缺口和第二缺口的横截面呈“l”型。
13.本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
14.1、本发明通过对模具结构及工艺参数进行限定，实现液态金属在充型过程中通过层流的方式进入动模的第一缺口和定模的第二缺口合围形成用于容纳液态合金的槽中，即液态合金在充型过程中通过层流的方式进入模具分型面间隙靠近型腔侧形成相对独立的槽型区域，液态合金在此区域迅速降低温度成为半固态或固态合金，液态合金充型完成进入铸造加压阶段时，压力只能通过液态合金传递至槽型区域的半固态或固态合金上，从而阻止液态合金进入到分型面间隙形成不规则的锋利飞边，使得铸造飞边控制在一定范围内，使其按照设计的尺寸、形状生长，在不影响后期加工、装配的情况下可以不用清理，且具有增加结构强度的作用，既满足了铸件外观要求，又降低了清理铸件的成本。
15.2、本发明在铸造模具的动模的动模型腔开口位置加工制得第一缺口，所述第一缺口与动模型腔连通；在铸造模具的定模的定模型腔开口位置加工制得第二缺口，所述第二缺口与定模型腔连通；所述第一缺口和第二缺口合围形成用于容纳液态合金的槽。若槽的两个侧壁间隙过小，则会导致部分液态合金难以进入槽型区域而失去结构意义；若槽的两个侧壁间隙过大，则会导致进入槽型结构的液态合金不能与型腔内主体合金液体的相对分离，后续利用液态合金和模具的温度差进行热交换的效果降低，在槽型区域的液态合金不能充分凝固，导致在铸造加压阶段挤入分型面间隙形成铸造飞边。槽的深度太短则不能很好存积前端液态合金，槽的深度太长则会使得铸造飞边过长，失去控制铸造飞边形成的意义。因此，限定了所述槽的深度为2~3mm，槽的两个侧壁之间的距离为1~2mm。优选地，所述第一缺口和第二缺口以分型面为中心面对称布置，这样动模的第一缺口、定模的第二缺口的深度为0.5~1mm,、长度为2~3mm。
16.3、本发明限定了模具温度不超过350℃，模具温度过高不利于槽型区域内液态合金与模具本体进行热交换，模具下限温度不做要求，根据实际需求进行合理调整。
17.4、本发明限定了铝合金液体温度不超过710℃，合金液体温度过高导致流动性增加，铸造充型阶段易于通过槽型区域进入分型面间隙以及铸造加压阶段液态合金未降温至半固态或固态区域而被挤入分型面间隙，最终导致不可控的铸造飞边产生。所以液态合金充型温度不能过高，对于深度为2~3mm、两个侧壁之间的距离为1~2mm的槽型结构的铝合金液体的充型上限温度值推荐710℃，下限温度根据具体产品工艺需求值确定。
18.5、本发明限定了分型区域上、下2cm范围内的铸造充型速度不超过10cm/s，铸造充型速度过快将使得合金液体以飞溅的形态进入到槽型区域，若液态合金为铝合金液体，则会因铝合金液来不及与氧气接触形成氧化膜以阻止铝液向分型面间隙流动，使得少量液态合金飞溅进入分型面间隙形成无法控制的飞边。分型区域上、下2cm范围内的铸造充型速度参数值推荐≤10cm/s。在推荐值内充型，液态金属前端极少部分被氧化膜包裹的合金液体
带着小部分热量流入到分型面间隙靠近型腔侧的槽型区域，此槽型区域相对于型腔区域是相对狭窄的液态合金流动通道，其受到张力作用继续在此区域流动困难，分型面间隙远小于分型面包裹区域间隙，故更加难以流到区域末端的分型面间隙流动。因在包裹体内合金液体充型阻力增大，液态合金向阻力更小的型腔方向充型，分型区域内的合金液体仍停留在槽型区域内。
19.6、本发明限定了铸造保压压力不超过45kpa，液态合金充满型腔后进入铸造加压阶段，此时槽型区域内的液态金属同模具已进行热交换，呈现半固态或固态合金；若为固态合金完全充填槽型区域，则加压后的液态合金无法进入分型面间隙；若固态合金部分充填槽型区域，使得槽型区域因固态金属而间隙减小或槽型区域仍有半固态合金，则铸造压力过大会导致合金被挤入分型面间隙。对于深度为2~3mm、两个侧壁之间的距离为1~2mm的槽型结构的铝合金液体的最大增压压力推荐应不高于45kpa。
附图说明
20.图1是铸造飞边形成过程图；图2是不规则铸造飞边示意图；图3是本发明所述定模的结构示意图；图4是本发明模具本体的喷涂示意图；图5是本发明铸造充型过程示意图；图6是本发明铸造加压凝固示意图；图7是本发明铸造飞边控制效果示意图。
21.图中，1—动模，11—第一缺口，2—定模，21—第二缺口，22—保温涂料，3—型腔，4—动模模框，5—定模模框，6—分型面间隙，7—液态合金，8—槽型区域的前端铝液，9—固态/半固态合金，10—铸件，101—铸造飞边。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.一种控制铸造飞边的加工方法，参见图3和图5，在铸造模具的动模1的动模型腔开口位置加工制得第一缺口11，所述第一缺口11与动模型腔连通；在铸造模具的定模2的定模型腔开口位置加工制得第二缺口21，所述第二缺口21与定模型腔连通；所述第一缺口11和第二缺口21合围形成用于容纳液态合金7的槽。所述动模型腔和定模型腔位置相对应，两者合围形成型腔3。设定工艺参数：模具温度不超过350℃，铝合金液体温度不超过710℃，分型区域上、下2cm范围内的铸造充型速度不超过10cm/s，铸造保压压力不超过45kpa。合模，铸造得到铸件。
24.本发明根据液态金属与模具热交换过程中，液态合金7温度降低、粘度增加的客观物理现象，将此现象应用于分型面间隙位置，使少量液态合金7进入到此位置迅速凝固封堵分型面间隙6，而后续液态合金7则无法继续进入到分型面间隙6。这是一种利用金属从熔融
态到半固态物理特性差异而设计的一种全新解决铸造“飞边”问题的方法。
25.本发明通过对模具结构及工艺参数进行限定，实现液态金属在充型过程中通过层流的方式进入动模1的第一缺口11和定模2的第二缺口21合围形成用于容纳液态合金7的槽中，即液态合金7在充型过程中通过层流的方式进入模具分型面间隙6靠近型腔侧形成相对独立的槽型区域，液态合金7在此区域迅速降低温度成为半固态或固态合金，液态合金7充型完成进入铸造加压阶段时，压力只能通过液态合金7传递至槽型区域的半固态或固态合金上，从而阻止液态合金7进入到分型面间隙6形成不规则的锋利飞边，使得铸造飞边101控制在一定范围内，使其按照设计的尺寸、形状生长，在不影响后期加工、装配的情况下可以不用清理,且具有增加结构强度的作用，既满足了铸件10外观要求，又降低了清理铸件的成本。
26.参见图5，由于在铸造模具的动模1的动模型腔开口位置加工制得第一缺口11，所述第一缺口11与动模型腔连通；在铸造模具的定模2的定模型腔开口位置加工制得第二缺口21，所述第二缺口21与定模型腔连通；所述第一缺口11和第二缺口21合围形成用于容纳液态合金7的槽。若槽的两个侧壁间隙过小，则会导致部分液态合金7难以进入槽型区域而失去结构意义；若槽的两个侧壁间隙过大，则会导致进入槽型结构的液态合金7不能与型腔3内主体合金液体的相对分离，后续利用液态合金和模具的温度差进行热交换的效果降低，在槽型区域的液态合金不能充分凝固，导致在铸造加压阶段挤入分型面间隙6形成铸造飞边101。槽的深度太短则不能很好存积槽型区域的前端铝液8，槽的深度太长则会使得铸造飞边101过长，失去控制铸造飞边101形成的意义。因此，限定了所述槽的深度为2~3mm，槽的两个侧壁之间的距离为1~2mm。优选地，所述第一缺口11和第二缺口21以分型面为中心面对称布置，这样动模1的第一缺口11、定模2的第二缺口21的深度为0.5~1mm,、长度为2~3mm。
27.常规情况下，参见图4，模具型腔3内需喷涂保温涂料22用于阻止液态合金7与模具的热交换，降低合金液体在充型过程的温度损失，防止充型不良的风险。然而，槽型区域要求液态合金7同模具快速进行热交换，所以槽型区域内不能有保温类涂料。因槽型区域紧靠型腔而喷涂范围难以控制，所以在喷涂工作完成后，人工将槽型区域的保温涂层采用工具打磨掉，使槽型区域模具本体裸露。同时，推荐槽型区域及周边采用激冷性质的涂料，进一步加快液态合金冷却。若液态合金为铝合金，因铝合金液表面与氧气反应形成的氧化膜有助于阻止铝液流动，有尖锐颗粒的涂料会刺破氧化膜从而加速铝液流动，所以涂料选型时要求不能有尖锐颗粒的激冷涂料。
28.加工工艺参数的模具温度不超过350℃，模具温度过高不利于槽型区域内液态合金与模具本体进行热交换，模具下限温度不做要求，根据实际需求进行合理调整。
29.加工工艺参数的铝合金液体温度不超过710℃，合金液体温度过高导致流动性增加，铸造充型阶段易于通过槽型区域进入分型面间隙6以及铸造加压阶段液态合金7未降温至半固态或固态区域而被挤入分型面间隙6，最终导致不可控的铸造飞边101产生。所以液态合金7充型温度不能过高，对于深度为2~3mm、两个侧壁之间的距离为1~2mm的槽型结构的铝合金液体的充型上限温度值推荐710℃，下限温度根据具体产品工艺需求值确定。
30.加工工艺参数的分型区域上、下2cm范围内的铸造充型速度不超过10cm/s，铸造充型速度过快将使得合金液体以飞溅的形态进入到槽型区域，若液态合金为铝合金液体，则会因铝合金液来不及与氧气接触形成氧化膜以阻止铝液向分型面间隙流动，使得少量液态
合金飞溅进入分型面间隙形成无法控制的飞边。分型区域上、下2cm范围内的铸造充型速度参数值推荐≤10cm/s。在推荐值内充型，液态金属前端极少部分被氧化膜包裹的合金液体带着小部分热量流入到分型面间隙靠近型腔侧的槽型区域，此槽型区域相对于型腔区域是相对狭窄的液态合金流动通道，其受到张力作用继续在此区域流动困难，分型面间隙远小于分型面包裹区域间隙，故更加难以流到区域末端的分型面间隙流动。因在包裹体内合金液体充型阻力增大，液态合金向阻力更小的型腔方向充型，分型区域内的合金液体仍停留在槽型区域内。
31.参见图6，加工工艺参数的铸造保压压力不超过45kpa，液态合金充满型腔后进入铸造加压阶段，此时槽型区域内的液态金属同模具已进行热交换，呈现半固态或固态合金9；若为固态合金完全充填槽型区域，则加压后的液态合金无法进入分型面间隙；若固态合金部分充填槽型区域，使得槽型区域因固态金属而间隙减小或槽型区域仍有半固态合金，则铸造压力过大会导致合金被挤入分型面间隙。对于深度为2~3mm、两个侧壁之间的距离为1~2mm的槽型结构的铝合金液体的最大增压压力推荐应不高于45kpa。
32.参见图7，采用本发明所述控制铸造飞边的加工方法加工制得的铸件10的铸件飞边101控制在一定范围内，使其按照设计的尺寸、形状生长，在不影响后期加工、装配的情况下可以不用清理，且具有增加结构强度的作用，既满足了铸件外观要求，又降低了清理铸件的成本。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。