一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置及其使用方法

摘要

一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置及其使用方法，涉及一种合金反重力复合成形装置及其使用方法。本发明是要解决目前低压铸造和差压铸造无法有效解决大壁厚差类铸件的缺陷降低的技术问题。本发明利用局部加压限位块和局部加压固定套组成的局部加压限位系统能够有效保证沿局部加压限位块轴向实施精确的限位功能，保证不同铝合金产品尺寸特征所需要的局部加载距离，获得不同尺寸形状铝合金产品的局部加载效果；本发明通过气压驱动反重力充填和液压驱动局部加压的有效结合，能够实现铝合金铸件在充型和凝固过程中缺陷有效调控和控形控性的双控成形，对提升产品表面质量、保证尺寸精度和提高产品致命性、力学性能都非常有益。

权利要求

1.一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置，其特征在于铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置是由上横梁(1)、局部加压限位块(2)、局部加压固定套(3)、局部加压支撑板(4)、活动横梁(5)、上模(6)、下模(7)、下横梁(8)、加热电阻丝(9)、电阻炉(10)、坩埚(11)、输液管(12)、局部加压块(15)、顶杆(16)、锁模块(17)、顶杆固定板(18)、顶杆底板(19)、锁模缸(20)、顶出缸(21)和局部加压缸(22)组成；

下模(7)固定在下横梁(8)的上表面；所述的输液管(12)固定在下横梁(8)的中心处，输液管(12)的下端插入坩埚(11)中，输液管(12)的上端穿过下横梁(8)且与下模(7)的分浇道连通，坩埚(11)放置在电阻炉(10)中；电阻炉(10)的侧壁上分别设置一个进气孔(10‑1)和一个出气孔(10‑2)；两个锁模块(17)对称布置在两侧，锁模块(17)的上端和下端分别与活动横梁(5)固定连接和上模(6)固定连接；两个锁模缸(20)对称布置在两侧，锁模缸(20)的上端和下端的活塞分别与上横梁(1)固定连接和活动横梁(5)固定连接；局部加压支撑板(4)的下端和上端分别与两个局部加压块(15)固定连接和局部加压限位块(2)固定连接；两个局部加压块(15)对称布置在两侧，且分别位于两个锁模块(17)的内侧；所述的局部加压限位块(2)的T形结构，上端为大头端，局部加压限位块(2)安装在局部加压固定套(3)的内腔中且沿着局部加压限位块(2)的轴线方向做上下运动；局部加压固定套(3)固定在上横梁(1)的下表面中心处；局部加压限位块(2)的上端和下端分别与局部加压缸(22)的活塞固定连接和局部加压支撑板(4)的上表面中心处固定连接；局部加压缸(22)的活塞穿过上横梁(1)和局部加压固定套(3)的上表面且与上横梁(1)和局部加压固定套(3)为滑动连接；两个顶出缸(21)分别布置在两个锁模缸(20)的内侧，两个顶出缸(21)均布置在上横梁(1)的上方，两个顶出缸(21)下端的活塞与顶杆底板(19)的上表面固定连接，多个顶杆(16)通过顶杆固定板(18)和顶杆底板(19)固定，顶杆底板(19)和顶杆固定板(18)固定连接，顶杆底板(19)位于顶杆固定板(18)的上方，顶杆(16)均位于顶杆固定板(18)的下方；顶出缸(21)下端的活塞均穿过上横梁(1)和活动横梁(5)且与上横梁(1)和活动横梁(5)为滑动连接；顶杆(16)穿过上模(6)且与上模(6)为滑动连接；顶杆底板(19)和顶杆固定板(18)均位于两个锁模块(17)的内侧；局部加压固定套(3)和局部加压支撑板(4)位于两个顶出缸(21)下端的活塞的内侧。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置，其特征在于所述的局部加压块(15)为上部采用圆柱体结构，下部采用与成型零件厚壁处轮廓相同的结构；所述的顶杆(16)为圆柱体结构；所述的锁模块(17)为圆柱体结构；

3.根据权利要求1所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置，其特征在于所述的局部加压缸(22)所产生的加载力为2000kN～4000kN，下行速度为0.1m/s～0.15m/s，回程速度为0.2m/s～0.3m/s。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置，其特征在于所述的顶出缸(21)所产生的顶出力为500kN～1500kN，下行速度为0.4m/s～

0.6m/s，回程速度为0.3m/s～0.4m/s。

5.根据权利要求1所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置，其特征在于所述的锁模缸(20)产生的锁模力为4000kN～8000kN，下行速度为0.5m/s～

0.8m/s，回程速度为0.2m/s～0.3m/s。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置，其特征在于所述的局部加压限位块(2)在局部加压固定套(3)中沿轴线方向的移动距离为

0.5mm～3mm；所述的局部加压限位块(2)在水平方向上和局部加压固定套(3)的内腔的单边间隙为0.05mm。

7.如权利要求1所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法，其特征在于铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法如下：

步骤一：利用数值模拟软件对铝合金反重力充填和凝固过程进行数值模拟仿真分析，精确判断最后凝固部位和凝固过程中液固相分数变化规律；

步骤二：结合步骤一中的数值模拟仿真分析结果，设计铝合金铸件的上模(6)和下模(7)；利用数值模拟仿真分析结果获得最后凝固部位，确定局部加压块(15)的位置，完成铸件模具的制造与安装调试；

步骤三：将铝合金材料装入坩埚(11)中，启动电阻炉(10)将铝合金材料熔化成液态铝合金13；

步骤四：对液态铝合金(13)进行变质、除气和除杂处理，然后进行等温静置5min～

10min；

步骤五：利用局部加压缸(22)带动局部加压限位块(2)、局部加压支撑板(4)和两个局部加压块(15)一起上移，使局部加压限位块(2)的上端面与局部加压固定套(3)的内腔上表面接触；

步骤六：压缩气体通过进气孔(10‑1)进入电阻炉(10)中，利用压缩气体将液态铝合金(13)反重力充填至上模(6)和下模(7)组成的模具型腔中；

步骤七：待液态铝合金(13)充满模具型腔后保压一段时间后呈现液固状态，利用局部加压缸(22)通过局部加压限位块(2)、局部加压支撑板(4)和两个局部加压块(15)一起下移，使局部加压限位块(2)的大头下端面与局部加压固定套(3)的内腔下表面接触；

步骤八：保持局部加压限位块(2)的大头下端面与局部加压固定套(3)的内腔下表面接触一段时间后，利用局部加压缸(22)带动局部加压限位块(2)、局部加压支撑板(4)和两个局部加压块(15)一起上移，使局部加压限位块(2)的上端面与局部加压固定套(3)的内腔上表面接触；

步骤九：通过两个锁模缸(20)带动活动横梁(5)、两个锁模块(17)和上模(6)一起上移，进行开模；

步骤十：通过两个顶出缸(21)带动顶杆底板(19)、顶杆固定板(18)和顶杆(16)一起向下运动将铝合金零件(14)顶出。

8.根据权利要求7所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法，其特征在于步骤六中所示的压缩气体为高纯氩气，其纯度大于99.999％；液态铝合金(13)充型速度为26mm/s～52mm/s，充型压力为0.6MPa～0.7MPa。

9.根据权利要求7所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法，其特征在于步骤七中待液态铝合金(13)充满模具型腔后保压时间为0.5s～3s；

局部加压时铝合金浆料中固相分数保持在10％～20％；局部加压块(15)的下行速度为

0.1m/s～0.15m/s；局部加压块(15)与铝合金浆料之间的单位压强保持在80MPa～150MPa。

10.根据权利要求7所述的一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法，其特征在于步骤八中保持局部加压限位块(2)的大头下端面与局部加压固定套(3)的内腔下表面接触0.5s～1.5s。

说明书

一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置及

其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种合金反重力复合成形装置及其使用方法。

背景技术

[0002] 铝合金在航空、航天、汽车、轨道交通等领域得到广泛应用。铝合金零件的成形技术是保证铝合金应用的最为关键的环节。铸造、锻造和半固态加工技术是目前铝合金零件
成形制造的主要技术。其中铸造技术以成本低和适应性强的优势成为大批量低成本铝合金
零件成形制造的首选技术。低压铸造技术和差压铸造技术就是铝合金铸造技术中两种典型
技术之一。传统低压铸造和差压铸造技术是利用气体压力将液态铝合金反重力充填至模具
型腔，从而成形铝合金零件的工艺过程。传统低压铸造和差压铸造技术通过反重力充填模
式和气体保压作用，对铝合金熔体在凝固过程中有一定压力下凝固结晶效果，对复杂形状
产品充型和缺陷调控有一定积极作用。该技术在航空、航天、汽车等领域内铝合金零件的成
形制造中得到了较广泛的应用。但是上述技术对于具有大壁厚差的复杂结构件厚壁部分的
铸造缺陷难以有效调控。在大壁厚差类复杂铝合金构件中，大壁厚处一般是凝固最后发生
的部位，这些部位如果没有有效进行补缩，会导致该处出现缩孔、缩松等铸造缺陷，从而导
致该处力学性能的明显降低。结果，这会使整个铝合金零件的综合性能降低，影响零件的服
役安全性。

[0003] 所以如何通过有效手段使最后凝固部位得到有效补缩，降低缩孔、缩松类铸造缺陷是低压铸造和差压铸造成形大壁厚差类铸件主要面临的技术瓶颈问题。传统方法一般采
用设置冒口的方式降低铸造缺陷，但是该方法会导致材料利用率大幅度降低，增加零件制
造成本。如果是金属型模具，设置冒口也会增加模具整体尺寸和模具复杂程度。这将导致金
属型模具的设计成本、材料成本和制造成本都相应增加。结果会使模具成本增加，这也会增
加成形零件的成本。

[0004] 局部加载技术是塑性加工中一种针对大型复杂构件利用局部载荷增加促使局部增加塑性流动能力的方法。该技术在铸造技术中几乎未见应用。数值模拟仿真技术可以利
用有限元软件对大壁厚差低压铸造或者差压铸造过程进行模拟仿真，能够预先精确预测缺
陷产生的位置。将该技术结合局部加载技术对缺陷进行调控是一种非常有前景的技术。

发明内容

[0005] 本发明是要解决目前低压铸造和差压铸造无法有效解决大壁厚差类铸件的缺陷降低的技术问题，而提供一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置及其使
用方法。

[0006] 本发明的铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置是由上横梁1、局部加压限位块2、局部加压固定套3、局部加压支撑板4、活动横梁5、上模6、下模7、下横梁8、
加热电阻丝9、电阻炉10、坩埚11、输液管12、局部加压块15、顶杆16、锁模块17、顶杆固定板
18、顶杆底板19、锁模缸20、顶出缸21和局部加压缸22组成；

[0007] 下模7固定在下横梁8的上表面；所述的输液管12固定在下横梁8的中心处，输液管12的下端插入坩埚11中，输液管12的上端穿过下横梁8且与下模7的分浇道连通，坩埚11放
置在电阻炉10中；电阻炉10的侧壁上分别设置一个进气孔10‑1和一个出气孔10‑2；两个锁
模块17对称布置在两侧，锁模块17的上端和下端分别与活动横梁5固定连接和上模6固定连
接；两个锁模缸20对称布置在两侧，锁模缸20的上端和下端的活塞分别与上横梁1固定连接
和活动横梁5固定连接；局部加压支撑板4的下端和上端分别与两个局部加压块15固定连接
和局部加压限位块2固定连接；两个局部加压块15对称布置在两侧，且分别位于两个锁模块
17的内侧；所述的局部加压限位块2的T形结构，上端为大头端，局部加压限位块2安装在局
部加压固定套3的内腔中且沿着局部加压限位块2的轴线方向做上下运动；局部加压固定套
3固定在上横梁1的下表面中心处；局部加压限位块2的上端和下端分别与局部加压缸22的
活塞固定连接和局部加压支撑板4的上表面中心处固定连接；局部加压缸22的活塞穿过上
横梁1和局部加压固定套3的上表面且与上横梁1和局部加压固定套3为滑动连接；两个顶出
缸21分别布置在两个锁模缸20的内侧，两个顶出缸21均布置在上横梁1的上方，两个顶出缸
21下端的活塞与顶杆底板19的上表面固定连接，多个顶杆16通过顶杆固定板18和顶杆底板
19固定，顶杆底板19和顶杆固定板18固定连接，顶杆底板19位于顶杆固定板18的上方，顶杆
16均位于顶杆固定板18的下方；顶出缸21下端的活塞均穿过上横梁1和活动横梁5且与上横
梁1和活动横梁5为滑动连接；顶杆16穿过上模6且与上模6为滑动连接；顶杆底板19和顶杆
固定板18均位于两个锁模块17的内侧；局部加压固定套3和局部加压支撑板4位于两个顶出
缸21下端的活塞的内侧。

[0008] 本发明的铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法如下：

[0009] 步骤一：利用数值模拟软件对铝合金反重力充填和凝固过程进行数值模拟仿真分析，精确判断最后凝固部位和凝固过程中液固相分数变化规律；

[0010] 步骤二：结合步骤一中的数值模拟仿真分析结果，设计铝合金铸件的上模6和下模7；利用数值模拟仿真分析结果获得最后凝固部位，确定局部加压块15的位置，完成铸件模
具的制造与安装调试；

[0011] 步骤三：将铝合金材料装入坩埚11中，启动电阻炉10将铝合金材料熔化成液态铝合金13；

[0012] 步骤四：对液态铝合金13进行变质、除气和除杂处理，然后进行等温静置5min～10min；

[0013] 步骤五：利用局部加压缸22带动局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加压块15一起上移，使局部加压限位块2的上端面与局部加压固定套3的内腔上表面接触
(见图1和图2)；

[0014] 步骤六：压缩气体通过进气孔10‑1进入电阻炉10中，利用压缩气体将液态铝合金13反重力充填至上模6和下模7组成的模具型腔中；

[0015] 步骤七：待液态铝合金13充满模具型腔后保压一段时间后呈现液固状态，利用局部加压缸22通过局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加压块15一起下移，使局
部加压限位块2的大头下端面与局部加压固定套3的内腔下表面接触(见图3和图4)；

[0016] 步骤八：保持局部加压限位块2的大头下端面与局部加压固定套3的内腔下表面接触一段时间后，利用局部加压缸22带动局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加
压块15一起上移，使局部加压限位块2的上端面与局部加压固定套3的内腔上表面接触；

[0017] 步骤九：通过两个锁模缸20带动活动横梁5、两个锁模块17和上模6一起上移，进行开模；

[0018] 步骤十：通过两个顶出缸21带动顶杆底板19、顶杆固定板18和顶杆16一起向下运动将铝合金零件14顶出。

[0019] 本发明的有益效果：

[0020] (一)本发明利用压缩气体的压力驱动的反重力充填能够使铝合金金属液充型平稳，气体顺利排出，易于复杂形状铸件的充型；同时由于是自下而上的反重力充填，可以实
现自上而下的反顺序凝固过程，易于保持铝合金金属液凝固过程的平稳；

[0021] (二)本发明采用局部加压缸22驱动的局部加压功能能够有效实现压力下强制补缩，降低厚壁最后凝固处的铸造缺陷，提升铝合金铸件的致密性和宏观力学性能；

[0022] (三)本发明利用局部加压限位块2和局部加压固定套3组成的局部加压限位系统能够有效保证沿局部加压限位块2轴向实施精确的限位功能，保证不同铝合金产品尺寸特
征所需要的局部加载距离，获得不同尺寸形状铝合金产品的局部加载效果；

[0023] (四)本发明通过气压驱动反重力充填和液压驱动局部加压的有效结合，能够实现铝合金铸件在充型和凝固过程中缺陷有效调控和控形控性的双控成形，对提升产品表面质
量、保证尺寸精度和提高产品致命性、力学性能都非常有益。

附图说明

[0024] 图1为具体实施方式十一的铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法步骤五过程的示意图；

[0025] 图2为图1中圆圈部分的放大示意图；

[0026] 图3为具体实施方式十一的铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法步骤七过程的示意图；

[0027] 图4为图3中圆圈部分的放大示意图。

具体实施方式

[0028] 具体实施方式一：本实施方式为一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置，如图1‑图4所示，具体是由上横梁1、局部加压限位块2、局部加压固定套3、局部加
压支撑板4、活动横梁5、上模6、下模7、下横梁8、加热电阻丝9、电阻炉10、坩埚11、输液管12、
局部加压块15、顶杆16、锁模块17、顶杆固定板18、顶杆底板19、锁模缸20、顶出缸21和局部
加压缸22组成；

[0029] 下模7固定在下横梁8的上表面；所述的输液管12固定在下横梁8的中心处，输液管12的下端插入坩埚11中，输液管12的上端穿过下横梁8且与下模7的分浇道连通，坩埚11放
置在电阻炉10中；电阻炉10的侧壁上分别设置一个进气孔10‑1和一个出气孔10‑2；两个锁
模块17对称布置在两侧，锁模块17的上端和下端分别与活动横梁5固定连接和上模6固定连
接；两个锁模缸20对称布置在两侧，锁模缸20的上端和下端的活塞分别与上横梁1固定连接
和活动横梁5固定连接；局部加压支撑板4的下端和上端分别与两个局部加压块15固定连接
和局部加压限位块2固定连接；两个局部加压块15对称布置在两侧，且分别位于两个锁模块
17的内侧；所述的局部加压限位块2的T形结构，上端为大头端，局部加压限位块2安装在局
部加压固定套3的内腔中且沿着局部加压限位块2的轴线方向做上下运动；局部加压固定套
3固定在上横梁1的下表面中心处；局部加压限位块2的上端和下端分别与局部加压缸22的
活塞固定连接和局部加压支撑板4的上表面中心处固定连接；局部加压缸22的活塞穿过上
横梁1和局部加压固定套3的上表面且与上横梁1和局部加压固定套3为滑动连接；两个顶出
缸21分别布置在两个锁模缸20的内侧，两个顶出缸21均布置在上横梁1的上方，两个顶出缸
21下端的活塞与顶杆底板19的上表面固定连接，多个顶杆16通过顶杆固定板18和顶杆底板
19固定，顶杆底板19和顶杆固定板18固定连接，顶杆底板19位于顶杆固定板18的上方，顶杆
16均位于顶杆固定板18的下方；顶出缸21下端的活塞均穿过上横梁1和活动横梁5且与上横
梁1和活动横梁5为滑动连接；顶杆16穿过上模6且与上模6为滑动连接；顶杆底板19和顶杆
固定板18均位于两个锁模块17的内侧；局部加压固定套3和局部加压支撑板4位于两个顶出
缸21下端的活塞的内侧。

[0030] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的电阻炉10内设置有加热电阻丝9。其他与具体实施方式一相同。

[0031] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的局部加压块15上部采用圆柱体结构，下部采用与成型零件厚壁处轮廓相同的结构。其他与具体实施
方式一或二相同。

[0032] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的顶杆16为圆柱体结构。其他与具体实施方式一至三之一相同。

[0033] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的锁模块17为圆柱体结构。其他与具体实施方式四相同。

[0034] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的局部加压缸22所产生的加载力为2000kN～4000kN，下行速度为0.1m/s～0.15m/s，回程速度为0.2m/s～
0.3m/s。其他与具体实施方式一相同。

[0035] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的顶出缸21所产生的顶出力为500kN～1500kN，下行速度为0.4m/s～0.6m/s，回程速度为0.3m/s～
0.4m/s。其他与具体实施方式一或二相同。

[0036] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的锁模缸20产生的锁模力为4000kN～8000kN，下行速度为0.5m/s～0.8m/s，回程速度为0.2m/s～
0.3m/s。其他与具体实施方式一至三之一相同。

[0037] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的局部加压限位块2在局部加压固定套3中沿轴线方向的移动距离为0.5mm～3mm。其他与具体实施方式四相
同。

[0038] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的局部加压限位块2在水平方向上和局部加压固定套3的内腔的单边间隙为0.05mm。其他与具体实施方式四
相同。

[0039] 具体实施方式十一：本实施方式为具体实施方式一中铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法，过程如下：

[0040] 步骤一：利用数值模拟软件对铝合金反重力充填和凝固过程进行数值模拟仿真分析，精确判断最后凝固部位和凝固过程中液固相分数变化规律；

[0041] 步骤二：结合步骤一中的数值模拟仿真分析结果，设计铝合金铸件的上模6和下模7；利用数值模拟仿真分析结果获得最后凝固部位，确定局部加压块15的位置，完成铸件模
具的制造与安装调试；

[0042] 步骤三：将铝合金材料装入坩埚11中，启动电阻炉10将铝合金材料熔化成液态铝合金13；

[0043] 步骤四：对液态铝合金13进行变质、除气和除杂处理，然后进行等温静置5min～10min；

[0044] 步骤五：利用局部加压缸22带动局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加压块15一起上移，使局部加压限位块2的上端面与局部加压固定套3的内腔上表面接触
(见图1和图2)；

[0045] 步骤六：压缩气体通过进气孔10‑1进入电阻炉10中，利用压缩气体将液态铝合金13反重力充填至上模6和下模7组成的模具型腔中；

[0046] 步骤七：待液态铝合金13充满模具型腔后保压一段时间后呈现液固状态，利用局部加压缸22通过局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加压块15一起下移，使局
部加压限位块2的大头下端面与局部加压固定套3的内腔下表面接触(见图3和图4)；

[0047] 步骤八：保持局部加压限位块2的大头下端面与局部加压固定套3的内腔下表面接触一段时间后，利用局部加压缸22带动局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加
压块15一起上移，使局部加压限位块2的上端面与局部加压固定套3的内腔上表面接触；

[0048] 步骤九：通过两个锁模缸20带动活动横梁5、两个锁模块17和上模6一起上移，进行开模；

[0049] 步骤十：通过两个顶出缸21带动顶杆底板19、顶杆固定板18和顶杆16一起向下运动将铝合金零件14顶出。

[0050] 具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一不同的是：步骤六中所示的压缩气体为高纯氩气，其纯度大于99.999％；液态铝合金13充型速度为26mm/s～52mm/s，充
型压力为0.6MPa～0.7MPa。其他与具体实施方式十一相同。

[0051] 具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十一不同的是：步骤七中待液态铝合金13充满模具型腔后保压时间为0.5s～3s；局部加压时铝合金浆料中固相分数保持在
10％～20％；局部加压块15的下行速度为0.1m/s～0.15m/s；局部加压块15与铝合金浆料之
间的单位压强保持在80MPa～150MPa。其他与具体实施方式十一相同。

[0052] 具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十一不同的是：步骤八中保持局部加压限位块2的大头下端面与局部加压固定套3的内腔下表面接触0.5s～1.5s。其他与具
体实施方式十一相同。

[0053] 以下试验对本发明进行验证：

[0054] 试验一：本试验为一种铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置，如图1‑图4所示，具体是由上横梁1、局部加压限位块2、局部加压固定套3、局部加压支撑板4、
活动横梁5、上模6、下模7、下横梁8、加热电阻丝9、电阻炉10、坩埚11、输液管12、局部加压块
15、顶杆16、锁模块17、顶杆固定板18、顶杆底板19、锁模缸20、顶出缸21和局部加压缸22组
成；所述的电阻炉10内设置有加热电阻丝9；所述的局部加压块15上部采用圆柱体结构，下
部采用与成型零件厚壁处轮廓相同的结构；所述的顶杆16为圆柱体结构；所述的锁模块17
为圆柱体结构；所述的局部加压缸22所产生的加载力为2000kN～4000kN，下行速度为0.1m/
s～0.15m/s，回程速度为0.2m/s～0.3m/s；所述的顶出缸21所产生的顶出力为500kN～
1500kN，下行速度为0.4m/s～0.6m/s，回程速度为0.3m/s～0.4m/s；所述的锁模缸20产生的
锁模力为4000kN～8000kN，下行速度为0.5m/s～0.8m/s，回程速度为0.2m/s～0.3m/s；

[0055] 下模7固定在下横梁8的上表面；所述的输液管12固定在下横梁8的中心处，输液管12的下端插入坩埚11中，输液管12的上端穿过下横梁8且与下模7的分浇道连通，坩埚11放
置在电阻炉10中；电阻炉10的侧壁上分别设置一个进气孔10‑1和一个出气孔10‑2；两个锁
模块17对称布置在两侧，锁模块17的上端和下端分别与活动横梁5固定连接和上模6固定连
接；两个锁模缸20对称布置在两侧，锁模缸20的上端和下端的活塞分别与上横梁1固定连接
和活动横梁5固定连接；局部加压支撑板4的下端和上端分别与两个局部加压块15固定连接
和局部加压限位块2固定连接；两个局部加压块15对称布置在两侧，且分别位于两个锁模块
17的内侧；所述的局部加压限位块2的T形结构，上端为大头端，局部加压限位块2安装在局
部加压固定套3的内腔中且沿着局部加压限位块2的轴线方向做上下运动；所述的局部加压
限位块2在局部加压固定套3中沿轴线方向的移动距离为2mm；所述的局部加压限位块2在水
平方向上和局部加压固定套3的内腔的单边间隙为0.05mm；局部加压固定套3固定在上横梁
1的下表面中心处；局部加压限位块2的上端和下端分别与局部加压缸22的活塞固定连接和
局部加压支撑板4的上表面中心处固定连接；局部加压缸22的活塞穿过上横梁1和局部加压
固定套3的上表面且与上横梁1和局部加压固定套3为滑动连接；两个顶出缸21分别布置在
两个锁模缸20的内侧，两个顶出缸21均布置在上横梁1的上方，两个顶出缸21下端的活塞与
顶杆底板19的上表面固定连接，多个顶杆16通过顶杆固定板18和顶杆底板19固定，顶杆底
板19和顶杆固定板18固定连接，顶杆底板19位于顶杆固定板18的上方，顶杆16均位于顶杆
固定板18的下方；顶出缸21下端的活塞均穿过上横梁1和活动横梁5且与上横梁1和活动横
梁5为滑动连接；顶杆16穿过上模6且与上模6为滑动连接；顶杆底板19和顶杆固定板18均位
于两个锁模块17的内侧；局部加压固定套3和局部加压支撑板4位于两个顶出缸21下端的活
塞的内侧。

[0056] 试验一中铝合金反重力充填液固态局部加载铸锻复合成形装置的使用方法，过程如下：

[0057] 步骤一：利用数值模拟软件对铝合金反重力充填和凝固过程进行数值模拟仿真分析，精确判断最后凝固部位和凝固过程中液固相分数变化规律；

[0058] 步骤二：结合步骤一中的数值模拟仿真分析结果，设计铝合金铸件的上模6和下模7；利用数值模拟仿真分析结果获得最后凝固部位，确定局部加压块15的位置，完成铸件模
具的制造与安装调试；

[0059] 步骤三：将铝合金材料装入坩埚11中，启动电阻炉10将铝合金材料熔化成液态铝合金13；

[0060] 步骤四：对液态铝合金13进行变质、除气和除杂处理，然后进行等温静置5min～10min；

[0061] 步骤五：利用局部加压缸22带动局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加压块15一起上移，使局部加压限位块2的上端面与局部加压固定套3的内腔上表面接触
(见图1和图2)；

[0062] 步骤六：压缩气体通过进气孔10‑1进入电阻炉10中，利用压缩气体将液态铝合金13反重力充填至上模6和下模7组成的模具型腔中；步骤六中所示的压缩气体为高纯氩气，
其纯度大于99.999％；液态铝合金13充型速度为50mm/s，充型压力为0.7Mpa；

[0063] 步骤七：待液态铝合金13充满模具型腔后保压一段时间后呈现液固状态，利用局部加压缸22通过局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加压块15一起下移，使局
部加压限位块2的大头下端面与局部加压固定套3的内腔下表面接触(见图3和图4)；步骤七
中待液态铝合金13充满模具型腔后保压时间为2s；局部加压时铝合金浆料中固相分数保持
在20％；局部加压块15的下行速度为0.15m/s；局部加压块15与铝合金浆料之间的单位压强
保持在150Mpa；

[0064] 步骤八：保持局部加压限位块2的大头下端面与局部加压固定套3的内腔下表面接触1s后，利用局部加压缸22带动局部加压限位块2、局部加压支撑板4和两个局部加压块15
一起上移，使局部加压限位块2的上端面与局部加压固定套3的内腔上表面接触；

[0065] 步骤九：通过两个锁模缸20带动活动横梁5、两个锁模块17和上模6一起上移，进行开模；

[0066] 步骤十：通过两个顶出缸21带动顶杆底板19、顶杆固定板18和顶杆16一起向下运动将铝合金零件14顶出。

[0067] 本试验的有益效果：

[0068] (一)本试验利用压缩气体的压力驱动的反重力充填能够使铝合金金属液充型平稳，气体顺利排出，易于复杂形状铸件的充型；同时由于是自下而上的反重力充填，可以实
现自上而下的反顺序凝固过程，易于保持铝合金金属液凝固过程的平稳；

[0069] (二)本试验采用局部加压缸22驱动的局部加压功能能够有效实现压力下强制补缩，降低厚壁最后凝固处的铸造缺陷，提升铝合金铸件的致密性和宏观力学性能；

[0070] (三)本试验利用局部加压限位块2和局部加压固定套3组成的局部加压限位系统能够有效保证沿局部加压限位块2轴向实施精确的限位功能，保证不同铝合金产品尺寸特
征所需要的局部加载距离，获得不同尺寸形状铝合金产品的局部加载效果；

[0071] (四)本试验通过气压驱动反重力充填和液压驱动局部加压的有效结合，能够实现铝合金铸件在充型和凝固过程中缺陷有效调控和控形控性的双控成形，对提升产品表面质
量、保证尺寸精度和提高产品致命性、力学性能都非常有益。