一種縫紉機押棒用模具的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于模具技術領域，具體涉及一種縫紉機押棒用模具。
【背景技術】
[0002] 縫紉機押棒是縫紉機上的重要零件，多由金屬制成，要求外觀表面處理須良好，無 裂縫、損壞、毛邊、生銹及其他缺點，通常采用模具壓鑄成型的方法制造成型。壓鑄的基本工 藝過程是:金屬液先低速或高速鑄造充型進模具的型腔內，模具有活動的型腔面，它隨著金 屬液的冷卻過程加壓鍛造，既消除毛坯的縮孔縮松缺陷，也使毛坯的內部組織達到鍛態的 破碎晶粒。毛坯的綜合機械性能得到顯著的提高。傳統的壓鑄模具在進行壓鑄時通常操作 比較復雜，對工人操作技能要求高，壓鑄效率低，壓鑄完成后不能一次性快速脫模，影響工 作效率。
[0003] 因為合金鋼具有高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性 能，所以傳統的壓鑄模具一般使用合金鋼制成，但是合金鋼重量大，在使用過程中開模、合 模都需要較大的力，這給操作帶來了一定的難度和危險性。在實際生產中，為了降低成本， 一般使用較便宜的鋼材制作動模和靜模，在動模和靜模上挖空，嵌上由較好鋼材制作的動 模芯和靜模芯。在壓鑄過程中，需要將熱態金屬注入壓鑄模具，造成壓鑄模具的模腔溫度 高，壓鑄黑色金屬時模腔溫度可達l〇〇〇°C以上。這樣高的使用溫度一般的材料往往難以承 受。雖然承受高溫的主要是模芯，但是如果模芯外層的動模和靜模的散熱性不好，壓鑄時的 熱量無法散發出去，長此以往會對模芯造成損害，影響壓鑄質量。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提出了一種使用方便、工作效率 高、使用壽命長的縫紉機押棒用模具。
[0005] 本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種縫紉機押棒用模具，包括具有注 液口的動模和與動模相對設置的靜模，所述靜模的四角分別設有縱向通孔I，縱向通孔I內 安裝有動模推桿，動模推桿外部套裝有緩沖彈簧，動模推桿的下端穿過縱向通孔I與推板接 觸，推板的下方設有支撐柱，其中，所述動模和靜模均由三維連續網絡AlN-SiC陶瓷鋁合金 復合材料制成。
[0006] 本發明在動模推桿的外部套裝有緩沖彈簧，在合模和開模時作用比較平緩，減緩 合模時動模和靜模之間的沖擊力，以及開模時動模推桿對動模的沖擊力。推板下方的支撐 柱直接接觸推板對推板起支撐作用，支撐柱的底部直接接觸壓鑄機臺的頂出桿，支撐柱直 接承受頂出桿的作用力。作為優選，支撐柱的直徑大于頂出桿的直徑。如果頂出桿直接接觸 推板，則推板與頂出桿的接觸面積較小，推板在該接觸面積上所承受的壓強較大，推板需要 較好的材料制成，增加支撐柱后，支撐柱直接與頂出桿接觸，支撐柱與推板的接觸面積較 大，則可減少推板在該接觸面積上的壓強，使得推板不用很好的材料制成也可。
[0007] 本發明中縫紉機押棒用模具的動模和靜模均采用性能優良的三維連續網絡A1N- SiC陶瓷鋁合金復合材料制成，制得的動模和靜模具有優異的力學性能和機械性能，能在惡 劣的環境條件下長期使用，并且具有良好的導熱性能，能加快壓鑄過程中的熱量的散去，降 低模具的受熱程度，從而減小模具的熱疲勞傾向性，延長模具的使用壽命，并且質量較輕， 便于使用和更換。A1N與SiC都是性能優良的特種陶瓷，SiC在1900-2000°c之間存在多個晶 相，而A1N具有唯一的六方(2H)晶型，其晶格常數與SiC的非常接近。由于二者在原子尺寸、 分子量、密度以及晶體結構上的相似性，在較寬的組成及溫度范圍內可形成固溶體。隨著固 溶體的形成，材料的燒結活性、顯微結構、力學性能及抗氧化性均得到較大程度的改善和提 高，即具有更好的綜合性能。本發明中將ΑΙΝ-SiC陶瓷和鋁合金結合制成陶瓷鋁合金復合材 料，可以得到兼具ΑΙΝ-SiC陶瓷和鋁合金優點的復合材料。在三維連續網絡ΑΙΝ-SiC陶瓷鋁 合金復合材料中，陶瓷相和金屬相在三維空間形成相互纏結和盤繞、互貫穿和滲透的交織 網絡結構形式。其中的ΑΙΝ-SiC陶瓷相提高了復合材料的高硬度、耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫 性能和良好的導熱性能，并可以降低熱膨脹系數和密度，鋁合金改進了復合材料的韌性和 塑性，并且鋁合金也具有較小的密度和良好的導熱性。制得的復合材料在受力時，集中在點 或面上的應力迅速在空問體范圍內分散和傳遞。陶瓷相在失效前提供較高的彈性剛度，鋁 合金相具有較高的失效應變，同時這種三維雙連續的結構還可能引起結構互鎖的效應，使 得復合材料具有更高的承載能力或抗沖擊能力，材料失效的危險性大大降低。復合材料的 三維連續網絡結構可阻礙金屬相晶粒的粗化和生長，有利于鋁合金相晶粒的細化。另外，由 于預制的陶瓷網絡體燒結程度不高，陶瓷顆粒間存在高的孔隙率。進入陶瓷網絡體內的鋁 合金液與陶瓷體網絡枝干的陶瓷顆粒表面不會完全潤濕，凝固后的鋁合金表面與陶瓷顆粒 表面之間有極細微的顯微間隙.陶瓷顆粒間的空隙及金屬/陶瓷界面間的顯微側隙將阻礙 振動波的傳播，吸收振動能，所以該復合材料還具有較好地減震性能。
[0008] 作為優選，所述三維連續網絡ΑΙΝ-SiC陶瓷鋁合金復合材料包括35.5-65.7 % v/v 的三維連續網絡ΑΙΝ-SiC陶瓷和34.3-64.5%v/v的鋁合金。
[0009] 在復合材料中ΑΙΝ-SiC陶瓷的含量過高會增加復合材料的脆性，使復合材料的整 體性能下降，含量過低則復合材料的耐磨性和耐高溫性能達不到上模和下模的要求，因此 將ΑΙΝ-SiC陶瓷的含量控制在上述含量范圍內。
[0010]作為優選，所述三維連續網絡ΑΙΝ-SiC陶瓷的孔隙率為55-92%，孔隙直徑為0.3- 2.2mm〇
[0011] 理論上，孔隙率越高，孔隙直徑越小，所制成的復合材料整體性能越好，但是隨著 孔隙率的提高，孔隙直徑的減少，鋁合金溶液浸漬到三維連續網絡ΑΙΝ-SiC陶瓷中的難度增 加，有很多孔洞無法填充，需要加大浸漬壓力才能填充，但壓力操作和控制不方便，而且過 大的壓力會導致三維連續網絡ΑΙΝ-SiC陶瓷坍塌。為了提高復合材料的浸漬效果，得到具有 較好結合形貌的復合材料，本發明將孔隙率和孔隙直徑控制在上述范圍內。
[0012] 作為優選，所述三維連續網絡ΑΙΝ-SiC陶瓷的表面涂覆有一層Si02涂層，Si02涂層 的厚度為〇.5-1.7μπι。
[0013] 鋁合金熔液與A1N-Si C三維連續網絡陶瓷的潤濕性越好，鋁合金熔液越容易浸漬 至IjAlN-SiC三維連續網絡陶瓷中，二者的結合越緊密。潔凈表面的ΑΙΝ-SiC陶瓷與純鋁熔體 在1000°C以下基本不潤濕。本發明在ΑΙΝ-SiC陶瓷的表面涂覆了一層Si02涂層，在與鋁合金 溶液接觸時，在ΑΙΝ-SiC陶瓷表面發生反應生成Si，Si與A1的浸潤性大大優于A1與AlN-SiC 的浸潤性，因而能大大改善鋁合金溶液與AlN-SiC陶瓷的浸潤性，同時Si02層的存在可以阻 止SiC與A1反應生成脆性化合物A14C3，避免損傷SiC增強相的性能。
[0014] 作為優選，所述三維連續網絡AlN-SiC陶瓷中包括以下質量百分比的組分，13.5_ 18·6%Α1Ν，2·2-4·5%Υ2〇3,余量為 SiC。
[0015] 在A1N的添加量在上述數量范圍內時，AlN-SiC陶瓷的相對密度隨著A1N的增加而 升高，熱導率也處在較佳的范圍內，當A1N的含量過高時，2H固溶相增加，影響到材料的燒結 性能和熱導率。Y2O3的添加能更好地促進AlN-SiC陶瓷燒結體的致密性。
[0016] 作為優選，所述鋁合金包括以下質量百分比的組分，8-13%31，4.0-5.5%(：11，1.2- 1.5%Mg, 0.3-0.5%Zn, 0.4-0.5%Ni, 0.15-0.25%Mn, 0.3-0.5%Ti, 0.08-0.12%C, 0.8- 1.5%8丨，0.1-0.3^^6，余量為41及不可避免的雜質。
[0017] 上述組分的鋁合金具有優異的強度、硬度、伸長率和耐磨性等力學性能和機械性 能，與三維連續網絡AlN-SiC陶瓷復合后，更能發揮復合材料的整體性能。本鋁合金中含有 的Cu、Mg能和A1形成S(AhCuMg)和0(AhCu)強化相，Mg和Si可形成Mg2Si強化相，Mg和Zn形成 MgZn2強化相，從而增強鋁合金的強度，提高強度和區服極限，可明顯增加鋁合金的抗拉強 度和屈服強度，提高流動性。并且Mg含量較高有利于鋁合金溶液對三維連續網絡AlN-SiC陶 瓷的浸漬，從而使二者更好地結合在一起。Ni和Fe形成耐熱相Al9FeNi。另外Μη對Mg起補充 強化作用，同時降低熱裂傾向，本鋁合金還含有0.3-0.5%的Ti和0.08-0.12%的C，Ti能與 A1形成TiAl3相，與C形成TiC相，鋁合金結晶時TiAl3相和TiC相成為結晶時的非自發核心，細 化合金的晶粒組織，同時使合金凝固時形成結晶骨架的時間延遲，降低有效的結晶溫度，減 輕裂紋和縮松傾向，提高合金的熱處理效果和力學性能。本鋁合金還含有〇. 3-0.5 %的Bi元 素，Bi為低熔點金屬，有利于晶核顆粒與鋁液間界面張力的降低和臨界晶核半徑的減小，從 而生成更多晶核，Bi元素會阻礙液相的成分過冷，降低共晶組織的生長速度，細化晶核。Bi 和A1、Si形成Al-Si-Bi多元合金，具有偏晶轉變特點。Bi在鋁液中的溶解性低，具有自潤滑 性，能以高彌散游離態分布于鋁合金基體中而提高鋁合金的耐磨性。另外，Bi能在凝固過程 中膨脹，有利于補縮。
[0018] 作為優選，所述三維連續網絡AlN-SiC陶瓷鋁合金復合材料的制備方法包括如下 步驟：
[0019] 先將成分為13.5-18.6%Α1Ν，2.2-4.5%Υ2〇3,余量SiC的陶瓷粉在其他助劑作用下 制成陶瓷漿料，然后將有機泡沫浸漬在陶瓷漿料中進行掛漿，取出干燥后燒結即可得到三 維連續網絡AlN-SiC陶瓷；
[0020] 將三維連續網絡AlN-SiC陶瓷浸漬在Si〇2溶膠中，浸漬0.5-1.0h，取出干燥，在 620-700°C下燒結l_2h，制成具有厚度為0.5-1.7ymS