CN101229581A - 一种汽车空调压缩机斜盘的铸造方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车空调压缩机斜盘的铸造方法及模具，该方法向料室内的熔液施加挤压压力，使得熔液通过浇道从侧面平稳流入型腔，熔液充满型腔后，从型腔垂直方向的一端向熔液施加保压压力，在熔液完全凝固前从型腔垂直方向的另一端向熔液的中心处施加补缩压力，该压力维持4～10s后取消，待浇道与型腔交接处熔液凝固后取消挤压压力，熔液完全凝固后取消保压压力，最后开模取出铸件。本发明提供的模具主要包括依次连通的料室、浇道和型腔，型腔顶端和底端各设有一通道，在通道内有用于向型腔顶端或底端提供压力的冲头。本发明铸造的铝合金斜盘致密、内部杂质含量少、外观成形良好、组织细小、热处理无气泡。

Description

一种汽车空调压缩机斜盘的铸造方法及模具

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其是涉及汽车空调压缩机斜盘的铸造成形方法。

技术背景

现代汽车均配置有汽车空调，“结构紧凑、重量轻、效率高、功耗低、可靠性好、制冷效果好”一直是汽车空调发展的目标。空调压缩机对于空调的性能好坏起着非常关键的作用，目前，在汽车空调上广泛应用的是斜盘式空调压缩机。由于使用中空调压缩机的转速高(正常情况下4000～5000rpm，最高达7000rpm)，因此对于斜盘式空调压缩机的关键零部件---斜盘有较高的要求。性能优越的斜盘不仅重量轻，而且有高的强度和耐磨性，以适应长期高速运转和恶劣的工作条件，提高空调的可靠性和延长使用寿命。

斜盘的材质主要有铸铁和铝合金。铸铁斜盘件与目前的轿车轻量化发展趋势背道而弛，且铸铁斜盘存在压缩机功效低，能耗大的缺点。因此，铸铁斜盘已逐渐退出轿车空调市场，而铝合金斜盘则成为当前斜盘式空调压缩机的首选和主要来源。

市场调研发现，目前铝合金斜盘采用热模锻成形，材质主要为A390合金。A390合金是过共晶的Al-Si-Cu合金。发表于《住友轻金属技术报告》1997年第38卷第一期的文献“汽车用铝合金的发展动向”在第53-71页(自動車用アルミニウム合金の動向，住友軽金属技報，38(1997)，1：53-71)介绍了10缸双向斜盘式定排量压缩机，其压缩机的斜盘采用过共晶A390合金，热模锻成形后经T6热处理提高斜盘的强度和硬度。采用热模锻成形方法生产斜盘主要存在以下缺点：1)需用定制的A390连铸坯料，并经定量切割，以保证每一件锻造后斜盘重量及尺寸不能超差。2)料坯须加热至350～500℃范围内方可进行成形，耗能大，成本增加。3)高硅铝合金的塑性变形小，热模锻成形时锻件容易产生裂纹缺陷，导致成品率降低。4)热锻造成形时需要的锻造力大，所需设备的投资高，并且模具寿命短。

中国专利文献“一种汽车空调压缩机铝斜盘的制造方法”(申请号200710026654.1，公开号CN101011732A)，采用了挤压铸造或称液态模锻的方法制造汽车空调压缩机的铝合金斜盘件，其合金成分接近于A390。该专利申请文件中所描述的铝合金斜盘制造方法主要存在如下问题：1)挤压铸造或液态模锻斜盘时，料筒内的铝合金料，包括筒壁凝固形成的硬壳、涂料、氧化皮等全部进入铸件型腔，成形后铸件内部容易形成夹杂缺陷，机加工后的零件成品率低。2)充型流动不畅，容易形成冷隔，且热处理后铸件底部容易起泡，废品率高。若需消除热处理起泡，须采用抽真空的方法，额外增加了操作工序，且铸件整体质量波动大，不稳定。3)挤压生产时，只能做到一模一件，生产效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车空调压缩机用斜盘的铸造方法，制造出内部夹杂物含量少，结构致密的优质铝合金斜盘。本发明的目的还在于提供实施上述铸造方法的模具。

汽车空调压缩机用斜盘的铸造方法，具体为：

1)对待处理的铝合金料作熔化处理，得到熔液；

2)将熔液注入预热后的模具料室，合模；

3)向料室内熔液施加挤压压力，使得熔液通过浇道从侧面平稳流入型腔；

4)熔液充满型腔后，从型腔垂直方向的一端向熔液施加保压压力，使得熔液凝固后得到的铸件致密；

5)在熔液完全凝固前从型腔垂直方向的另一端向熔液的中心处施加补缩压力，消除凝固后的铸件中心处的缩松；

6)补缩压力维持4～10s后，取消该压力；

7)待浇道与型腔交接处熔液凝固后取消料室内的挤压压力；

8)型腔中的熔液完全凝固后取消型腔的保压压力；

9)开模取出铸件。

上述铸造方法使用的模具，包括动模型板5贴合在定模型板4的上表面，定模型板4内设有料室2，挤压冲头1位于料室2内；其特征在于，定模型板4与动模型板5的接触面处设有浇道7和型腔9，浇道7的一端与料室2连通，浇道7的另一端与型腔9的侧壁连通，型腔9的顶部和底部各设置一通道，两通道内均设有冲头，两冲头远离型腔9的一端各自连接一个加压油缸。

本发明具有以下技术效果：(1)在料室中当挤压冲头上挤，干净熔液通过浇道平稳流入型腔，而硬壳、涂料、氧化皮等杂质会残留在料室内，从而使得铸件内部夹杂物含量减少，表面质量及外形尺寸精度高；(2)通过向型腔顶端和底端施加补缩压力，保证铸件致密。(3)通过控制从浇道流入到型腔内的熔液流动速度及型腔排气，保证流动平稳，不卷气，铸件热处理不起泡。

附图说明

图1为本发明的铝合金斜盘铸造模具结构示意图；

图2为本发明一模一件制造铝合金斜盘的模具实施例示意图；

图3为本发明一模两件制造铝合金斜盘的模具实施例示意图；

图4为本发明实施例得到的A390铝合金斜盘铸件微观组织示意图；

图5为现有技术锻造的热模煅A390铝合金斜盘煅件的微观组织示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

汽车空调压缩机斜盘的铸造方法包括以下步骤：

1)对待处理的铝合金料作熔化处理，得到熔液。

2)将熔液注入预热后的模具料室，合模。

3)向料室内熔液施加挤压压力，使得熔液通过浇道从侧面平稳流入型腔。浇道与型腔交接处的熔液流动速度控制是充型流动平稳与否的关键。试验研究表明：该交接口处的铝合金液流动速度控制在650～1000mm/s可获得不卷气，即热处理不起泡的斜盘挤压铸件。

4)熔液充满型腔后，从型腔垂直方向的一端向熔液施加保压压力，使得凝固后得到的铸件致密。

5)在熔液完全凝固前从型腔垂直方向的另一端向熔液的中心处施加补缩压力，通常而言，补缩压力可在保压压力维持6～12s后施加，压力不小于20MPa，否则有可能无法将冲头压入铸件内，导致凸台中心的缩松缺陷不能消除。

6)补缩压力维持4～10s后，取消该压力；

7)待浇道与型腔交接处熔液凝固后取消料室内的挤压压力；

8)型腔中的熔液完全凝固后取消型腔的保压压力；

9)开模取出铸件。

本发明主要采用间接式挤压铸造或液态模锻成形，它采用水平曲面分型，铝合金液从侧面充型后在型腔顶部及型腔底部实施保压或补缩加压。在料室中当挤压冲头上挤，干净熔液通过浇道平稳流入型腔，而硬壳、涂料、氧化皮等杂质残留在料室内，从而使得铸件内部夹杂物含量减少，表面质量及外形尺寸精度高；通过向型腔顶端和底端施加压力，保证铸件致密；通过流速控制有效防止起泡，降低了废品率。

为了实现上述铸造方法，本发明设计了相应的模具。图1为本发明实施上述铸造方法采用的一种模具结构原理示意图，从下往上依次为定模底板3、定模型板4、动模型板5和动模底板6。定模型板4内设有料室2，另有挤压冲头1的顶端处于料室2内，挤压冲头1可在料室2内上下移动。定模型板4与动模型板5的接触面处设有与料室2连通的浇道7。定模型板4与动模型板5的接触面处还设有侧面与浇道7另一端连通的型腔9。在型腔9的底端设有第一通道，另有补缩加压冲头10可在该通道内上下移动，用于从型腔9的底端向熔液中心处提供补缩压力。在型腔9的顶端设有第二通道，另有保压冲头8可在该通道内上下移动，从型腔9的顶端向熔液提供保压压力。

挤压成形前，模具处于打开状态。首先将温度适宜的高质量的铝合金液快速而又平稳地浇入到料室2，然后在挤压机(图中未示出)带动下快速合模，快速合模的目的在于减少铝合金液在料室2中的温度下降。合模后挤压冲头1由挤压油缸(图中未示出)驱动上升，铝合金液则通过浇道7平稳地流入型腔9。浇道7与型腔9交接处为型腔9的内浇口。

在铝合金液充满型腔9后，立刻驱动保压冲头8下移，施加于一大于50MPa压力作用于正在凝固中的铸件上，直至铸件完全凝固。在保压冲头8加压6～8s后，驱动补缩加压冲头10上移，补缩加压冲头10在大于50MPa的压力作用下压入到铸件凸台内并保持压力4～10s后，将补缩加压冲头10抽回。待浇道与型腔交接处熔液凝固后，取消挤压压力挤压冲头1的压力。铸件继续冷却10～20s后，保压冲头8上移收回。然后打开模具，挤压冲头1和补缩加压冲头10同时上移，即可顶出铸件。

本发明设计的模具并不限于一种形式，可以改变保压冲头8和补缩加压冲头10的位置，即在第一通道内设置保压冲头8，而在第二通道内设置补缩加压冲头10。熔液充满型腔9后先从型腔9底端向熔液施加保压压力，再从型腔9顶端向熔液中心处施加补缩压力，然后取消型腔9顶端补缩压力，待浇道7与型腔9交接处熔液凝固后取消挤压冲头1处的压力。一直等型腔9中的熔液完全凝固后取消型腔9的保压压力。最后开模，挤压冲头上挤，同时向型腔底端施加压力，得到斜盘。

图2为本发明实现一模一件的模具实施例结构图，为了形成浇道和型腔，可在定模型板4和动模型板5之间增设动模镶块14、定模镶块17和分流锥11，分流锥11位于料室2顶端，分流锥11、动模镶块14以及定模镶块17之间形成浇道7和型腔9，浇道7一端与料室2连接，另一端与型腔9侧面连接。为了更好的排除杂质和气体，在型腔9周围设有与型腔9连通的溢流槽或集渣包16及与溢流槽或集渣包相连通的排气槽15。料室2通过定模垫板18固定于定模型板4内。为了向型腔底端施加向上压力，在定模垫板18与定模底板3之间设有定模垫块20和补缩加压油缸19，补缩加压油缸19驱动补缩加压冲头10上移从而施压；为了向型腔顶端施加向下压力，在动模型板5和动模底板6之间设有动模垫块12和保压油缸13，保压油缸13驱动保压冲头8下移从而施压。定模/动模垫块用于为补缩加压油缸19/保压油缸13提供合适的安装高度。

为了提高效率，可在上述装置中以相同方式增加一个或三个浇道7、型腔9、补缩加压冲头10和保压冲头8，从而实现一模两件或一模四件。图3是在图2的基础上对称地设置了与料室2连通的浇道7、型腔9、溢流槽(集渣包)16以及排气槽15，从而实现一模两件，提高了效率。

因模具结构组成的细微差别或名称差异并不能改变本发明的实质，所有在实施中没有独创性的有关模具结构的一些变动均属于本发明的保护范围。

实施例1

一模一件生产代号为CHD111-0202M的铝合金斜盘，厂家不同斜盘代号亦不同，本专利不作限定。斜盘投影直径Φ71.3mm，斜盘倾角17.5°，外圆垂直厚度12mm，凸台高度18.9mm。斜盘材质A390。首先按照A390合金成分配好所需的各种原材料如纯铝锭、结晶硅、电解铜、纯镁等，在坩埚电阻炉内熔化。待料全部熔清后，控制到预定温度，加入适量的变质剂，并精练15min，然后扒渣静止，控温790～810℃待浇。模具预热至150～200℃，正常工作时模具温度控制在250～300℃，水基涂料。浇注后合模，挤压冲头上移，将熔液以750mm/s的流速挤入型腔；接着保压冲头下移，施加于80MPa的压力于型腔顶端，在保持该压力6s后，从型腔底端施加一120MPa的压力，将补缩加压冲头压入熔液中并保持8s；然后抽回补缩加压冲头；在浇道完全凝固后撤除挤压压力；在型腔中的熔液完全凝固后撤除保压压力，继续冷却20s后开模取件。本实施例的生产率25件/小时。铸件经T6热处理，机加工。热处理后的铸件组织见附图4，铸件组织致密，初生硅细小，分布均匀，共晶硅变质成点状或杆状。铸件本体抗拉强度测试大于330MPa，硬度HBS142。铸件热处理不起泡、夹杂物含量少，成品综合合格率≥90％。

实施例2

一模两件生产代号为斜盘代号CHD115-0202M的铝合金斜盘，厂家不同斜盘代号亦不同，本专利不作限定。斜盘投影直径Φ79.4mm，斜盘倾角22°，外圆垂直厚度14.5mm，凸台高度22.4mm。斜盘材质A390。按照实施例1描述的熔化过程处理铝合金液，浇注后合模，挤压冲头上移，将熔液以800mm/s挤入型腔；接着保压冲头下移，施加于80MPa的压力于型腔顶端，在保持该压力8s后，从型腔底端施加一120MPa的压力，将补缩加压冲头压入熔液中并保持8s；然后抽回补缩加压冲头；在浇道完全凝固后撤除挤压压力；在型腔中的熔液完全凝固后撤除保压压力。继续冷却20s后开模取件。本实施例的生产率50件/小时。铸件经T6热处理，机加工。热处理后的铸件组织见附图4，铸件组织致密，初生硅细小，分布均匀，共晶硅变质成点状或杆状。铸件本体抗拉强度大于310MPa，硬度HBS140。铸件热处理不起泡、夹杂物含量少，成品综合合格率≥90％。

实施例3

1一模两件生产代号为斜盘代号CHD121-0202M的铝合金斜盘，厂家不同斜盘代号亦不同，本专利不作限定。斜盘投影直径Φ79.4mm，斜盘倾角17°外圆垂直厚度14.0mm，凸台高度27.1mm。斜盘材质A390。按照实施例1描述的熔化过程处理铝合金液，浇注后合模，挤压冲头上移，将熔液以680mm/s的流速挤入型腔；接着保压冲头下移，施加于80MPa的压力于型腔顶端，在保持该压力7s后，从型腔底端施加一120MPa的压力，将局部补缩冲头压入熔液中并保持10s；然后抽回补缩加压冲头；在浇道完全凝固后撤除挤压压力；在型腔中的熔液完全凝固后撤除保压压力。继续冷却20s后开模取件。本实施例的，生产率50件/小时。铸件经T6热处理，机加工。铸件组织致密，初生硅细小，分布均匀，共晶硅变质成点状或杆状。铸件本体抗拉强度大于300MPa，硬度HBS140。热处理起泡、夹杂物含量多的铸件少，成品综合合格率≥90％。

对比例1

市场上销售的热模锻成形的斜盘件T6热处理组织见图5，其初生硅细小，分布均匀，共晶硅变质成点状或杆状。T6热处理后铸件本体抗拉强度大于320MPa，硬度HBS140，产品综合合格率不详。

对比例2

按照专利申请文件“一种汽车空调压缩机铝斜盘的制造方法”(申请号200710026654.1，公开号CN101011732A)所述方法生产代号为CHD111-0202M的铝合金斜盘。斜盘投影直径Φ71.3mm，斜盘倾角17.5°，外圆垂直厚度12mm，凸台高度18.9mm。斜盘材质A390。按照上述同样的熔化工序，浇注后按照前述操作工序挤压成形，生产率20～25件/小时。铸件经T6热处理，机加工。热处理后的铸件组织见附图2，铸件本体抗拉强度大于300MPa，硬度HBS142。铸件热处理起泡、夹杂物含量多，成品综合合格率≤60％。

Claims (5)

1.一种汽车空调压缩机斜盘的铸造方法，包括以下步骤：

1)对待处理的铝合金料作熔化处理，得到熔液；

2)将熔液注入预热后的模具料室，合模；

3)向料室内熔液施加挤压压力，使得熔液通过浇道从侧面平稳流入型腔；

4)熔液充满型腔后，从型腔垂直方向的一端向熔液施加保压压力，使得熔液凝固后得到的铸件致密；

5)在熔液完全凝固前从型腔垂直方向的另一端向熔液的中心处施加补缩压力，消除凝固后的铸件中心处的缩松；

6)补缩压力维持4～10s后，取消该压力；

7)待浇道与型腔交接处熔液凝固后取消料室内的挤压压力；

8)型腔中的熔液完全凝固后取消型腔的保压压力；

9)开模取出铸件。

2.根据权利要求1所述的汽车空调压缩机斜盘的铸造方法，其特征在于，所述步骤3)中熔液以650～1000mm/s的速度从浇道流入型腔。

3.根据权利要求1或2所述的汽车空调压缩机斜盘的铸造方法，其特征在于，所述步骤5)是在向所述型腔一端施加保压压力6～12s后，再向型腔另一端施加补缩压力。

4.一种权利要求1所述斜盘铸造方法使用的模具，动模型板(5)贴合在定模型板(4)的上表面，定模型板(4)内设有料室(2)，挤压冲头(1)位于料室(2)内；其特征在于，定模型板(4)与动模型板(5)的接触面处设有浇道(7)和型腔(9)，浇道(7)的一端与料室(2)连通，浇道(7)的另一端与型腔(9)的侧壁连通，型腔(9)的顶部和底部各设置一通道，两通道内均设有冲头，两冲头远离型腔(9)的一端各自连接一个加压油缸。

5.根据权利要求4所述的模具，其特征在于，所述型腔(9)通过溢流槽或集渣包(16)与排气槽(15)相连通。

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