CN101254517A - 高硅铝合金活塞模锻工艺与模具 - Google Patents

Abstract

高硅铝合金活塞模锻工艺与模具，通过一道模锻塑性成型工序便可将加热至400℃至470℃之间的高硅铝合金挤压棒料毛坯，直接成型为沿分模面周围带有厚度不超过1.2mm的横向飞边的活塞模锻件，切掉飞边便得到所需活塞锻件产品。锻模由上模和下模两部分组成，在下模模膛周围设置有飞边槽，飞边槽由桥部和仓部构成，紧靠模膛的桥部的宽厚比为8～10，上模和下模依靠两个导正销和对应的导正孔进行导向和定位，模具安装在4000KN快速液压机上工作，本发明工艺稳定，模具结构简单，便于操作。

Description

高硅铝合金活塞模锻工艺与模具

技术领域

本发明提供一种高硅铝合金活塞模锻工艺与模具，该工艺和模具可直接用于汽车、飞机和家用空调压缩机中的关键零件柱式活塞的模锻生产，属于金属材料塑性成型技术领域。

背景技术 

传统的生产高硅铝合金活塞的方法是采用压铸工艺，其工艺过程是在压铸机的压室内浇入熔融的液态铝合金，使液态金属在压力和较高速度作用下充填压铸模模膛，并在压力下成型和结晶而获得铸件，采用该压铸工艺来生产强度高、耐蚀性高、气密性要求高的高硅铝合金活塞，其主要问题是在压铸件中存在气孔和夹杂物，气孔和夹杂物的存在降低了压铸件的各项力学性能，如耐蚀性、气密性和表面粗糙度都会下降，因气孔和夹杂物而使产品报废率高达50％左右。

目前另一种较先进的生产高硅铝合金活塞的工艺是采用二次或三次塑性成形的方法，其工艺过程是：挤压棒材→下料→加热→制坯→加热→模压塑性成形→切边→后续处理，但该工艺易使高硅铝合金活塞的表面产生起皱和表面开裂，压铸件存在内部组织致密性差、强度低等缺陷。

发明内容 

本发明的目的是提供一种新的高硅铝合金活塞模锻工艺与模具，采用高硅铝合金一次性模锻塑性成型加工工艺和模具，可以有效地克服和解决压铸工艺、二次或三次模锻塑性成型加工工艺中存在的缺陷和质量问题，达到实现生产强度高、硬度高和耐磨性好的空调压缩机的关键零件柱式活塞的目的。

高硅铝合金活塞模锻工艺，是：先棒料下料，接着对料坯进行加热，然后进行模锻塑性成型，最后进行切边后续处理，料坯的加热温度为400℃至470℃之间，由飞边槽模锻工艺将加热的高硅铝合金挤压棒料直接模锻成型为带飞边的活塞模锻件，模锻塑性成型是采用活塞模锻模具一次性模锻加工工艺成型，即由开式锻模实现模锻件的一次性塑性成型，切边后续处理是将一次性模锻加工工艺成型的活塞锻件切去多余的飞边，通过在上述较低温度范围内模锻工艺产生的大的变形程度，使棒料料坯中的块状粗晶硅细化及伴随产生的硬化现象，同时通过薄而宽的飞边所产生足够大的横向阻力进而在模膛(3)内产生强烈的三向压应力状态。

高硅铝合金活塞模锻模具，是由：下模(1)、导正销(2)、模膛(锻件)(3)、上模(4)、顶杆(5)、模座(6)、顶出器(7)和滑块(8)顺序联接组成，下模(1)的模膛(3)周围设置有飞边槽，飞边槽由桥部和仓部所构成，当上模(4)与下模(1)接触时，在活塞模膛(3)周围沿分模面形成高度不超过1.2mm而宽度为8～10mm的均匀缝隙(即飞边桥)，模锻时，由此形成比常规有飞边模锻更大宽厚比的横向飞边，从而使模膛(3)内造成更加强烈的三向压应力状态，将深度大的模膛(3)设在上模(4)，并将顶出器(7)也设在上模(4)的模膛(3)底部，上模(4)、下模(1)分别设置有两个导正销(2)和相应的导正孔。

与现有技术相比，本发明的工艺流程短且合理，工艺参数与性能稳定，模具结构简单，制造安装和使用容易，工作可靠，使用寿命长，通过在较低温度范围内模锻工序产生的大的变形程度使棒料毛坯中的块状粗晶硅细化及伴随产生的硬化现象可大大提高活塞零件的力学性能，同时通过薄而宽的飞边所产生足够大的横向阻力进而在模膛(3)内产生强烈的三向压应力状态，显著提高了高硅铝合金的塑性成形性能，既成功地实现了以一次性塑性成型加工工艺代替二次塑性成型加工工艺，显著提高了高硅铝合金活塞锻件的质量，又提高了效率和降低了能耗。

附图说明

附图1：是本发明高硅铝合金活塞模锻工艺中锻件的结构示意图。

附图2：是本发明高硅铝合金活塞模锻模具的结构示意图。

图2中：1、下模2、导正销3、模膛(锻件)4、上模5、顶杆

6、模座7、顶出器8、滑块

具体实施方式

如图1、图2所示。

高硅铝合金活塞模锻模具，是由：下模(1)、导正销(2)、模膛(锻件)(3)、上模(4)、顶杆(5)、模座(6)、顶出器(7)和滑块(8)顺序联接组成，下模(1)处于上模(4)的下方，下模(1)和上模(4)通过导正销(2)定位相配合，上模(4)安装于模座(6)的下方，模座(6)处于滑块(8)的下方，顶出器(7)位于滑块(8)的中部，和滑块(8)之间可相对滑动，在上模(4)和模座(6)中安装有顶杆(5)，顶杆(5)位于顶出器(7)的下方，当完成模锻成型后，由滑块(8)推动顶出器(7)，从而将成型的模锻件从模膛(锻件)(3)中顶出，下模(1)和上模(4)之间形成模膛(锻件)(3)，下模(1)和上模(4)之间设置有飞边槽，即在模膛(锻件)(3)的周边设置有飞边槽。

柱式活塞是国内外先进轿车空调器上极为重要的零件，因为它往复来回工作频率极高，所以要求强度高、硬度高和耐磨性好等特点。采用塑性成形工艺，其模锻工艺流程为：挤压棒材(

30～

60mm)→下料→加热→模锻塑性成形→切边→后续处理。其中，最关键的模压塑性成形即模锻工序，也是选择折线分模面，但所有与分模面垂直的平面均未增设拔模斜度；且上模(4)、下模(1)的模膛(3)的设置相反，即下模(1)的模膛(3)中间与两头落差小，平均深度小，且中段的横截面为圆弧形，便于放置棒料毛坯；上模(4)的模膛(3)中间与两头落差大，平均深度尺寸较下模大，两根顶出器(7)的顶杆(5)分设在模膛(3)两头的底部，当模锻结束上模(4)随压力机滑块(8)回程时，通过滑块(8)内部的顶出器(7)和两根顶杆(5)将锻件从上模(4)的模膛(3)中顶出；坯料加热温度为400℃至470℃；所得活塞锻件的强度指标σb≥450MPa，硬度高，且表面光洁。

活塞锻件的模锻过程为：将加热至400℃至470℃左右的高硅铝合金棒料毛坯，放入下模(1)的模膛(3)内，上模(4)在压力机滑块(8)的作用下迫使棒料毛坯变形，毛坯金属一方面流动填充上下模(1)的模膛(3)，一方面沿分模被挤入飞边槽形成一圈横向飞边，随着上模(4)向下移动不断与下模(1)合拢，横向飞边变得愈来愈薄，造成足够大的横向阻力，在模膛(3)内产生强烈的三向压应力，从而促使整个模膛(3)充满，当上模(4)向下移动至与下模(1)接触时，毛坯成形为带有飞边的活塞模锻件，模锻过程结束后，上模(4)随压力机滑块(8)回程，顶出器(7)通过顶杆(5)将锻件从上模(4)的模膛(3)中顶出，切边后的锻件，如图1所示。

根据锻件的体积，采用锯切下料，保证端面平整且无毛刺，高硅铝合金在400至470℃，具有较高的塑性，适合在该范围内进行锻造成型，采用箱式电炉加热坯料，炉子先预热到300℃，放入毛坯加热到490℃并保温1小时，润滑剂为石墨溶液。

与二次模锻成型相比，采用一次模锻成型，减少了一次加热，降低了能耗，减少了制坯工序，生产率高，因二次成形时工件局部表面易产生皱纹和折叠质量问题，废品率较高.且一次模锻成形时，锻件从上模模膛(3)中顶出是自动完成的，将深的模膛(3)设置在上模(4)，浅的模膛(3)设置在下模(1)，有利于清除模膛(3)中的润滑剂残渣和杂质，确保锻件轮廓清晰；所有与分模面垂直的平面均未增设拔模斜度，减少了后续机加工余量和工时，通过棒料毛坯在400℃至470℃左右的较低温度范围内一次大的塑性变形直接得到活塞锻件，有利于块状粗晶硅组织细化和模锻时温度的迅速降低而产生的硬化现象，常温下硅在铝中的固溶极限为1.65％，因此高硅铝合金中硅的呈析出体分布在合金中，其状态将影响合金的性能，细小的硅析出颗粒状中夹杂着较大的硅块，右边部分为锻件中硅的状态，经过锻造，材料中的大块硅颗粒被打碎，呈现均匀细小颗粒，起到了均匀化组织的作用，这提高了材料的耐磨性、热稳定性和机械强度，因而使锻件的强度指标σb≥450MPa，能更好地满足于国内外用户的要求。

与二次或三次成型工艺相比较，在模具上也作了较大改进，二次或三次成型工艺的模具主要结构是选择折线分模面，所有与分模面垂直的平面都设计了拔模斜度，下模模膛为中间高、两头低，两根顶出器顶杆分设在两头低凹的模膛底部，以便模锻结束后，由两根顶杆将锻件从下模模膛中顶出；上模模膛中间和两头的落差较小，模膛深度比下模小；两次加热的温度均为520℃±5℃。所得高硅铝合金柱式活塞锻件的强度指标为σb＝420MPa。

而一次成型工艺所有与分模面垂直的平面均未增设拔模斜度，上模(4)、下模(1)模膛(3)的设置，即下模(1)的模膛(3)中间与两头落差小，平均深度小，且中段的横截面为圆弧形，便于放置棒料毛坯，上模(4)的模膛(3)中间与两头落差大，平均深度尺寸较下模(1)大，两根顶出器(7)的顶杆(5)分设在模膛(3)两头的底部，当模锻结束上模(4)随压力机滑块(8)回程时，通过滑块(8)内部的顶出器(7)和两根顶杆(5)将锻件从上模(4)的模膛(3)中顶出，坯料加热温度为400℃至470℃，所得活塞锻件的强度指标σb≥450MPa，硬度高，且表面光洁。同时采用一次塑性成型工艺能使能耗下降40％左右；减少了制坯工序，且一次模锻成形时，锻件从上模(4)的模膛(3)中顶出是自动完成的，其模锻成型的生产率较高，将深的模膛(3)设置在上模(4)，浅的模膛(3)设置在下模(1)，有利于清除模膛(3)中的润滑剂残渣和杂质，确保锻件轮廓清晰；所有与分模面垂直的平面均未增设拔模斜度，减少了后续机加工余量和工时，通过棒料毛坯在400℃至470℃左右的较低温度范围内一次大的塑性变形直接得到活塞锻件，有利于块状粗晶硅组织细化和模锻时温度的迅速降低而产生的硬化现象，因而使锻件的强度指标σb≥450MPa，更好地满足了国内外用户的要求。

Claims (8)

1、一种高硅铝合金活塞模锻工艺，其特征在于：高硅铝合金活塞模锻工艺，是：先棒料下料，接着对料坯进行加热，然后进行模锻塑性成型，最后进行切边后续处理。

2、根据权利要求1所述的高硅铝合金活塞模锻工艺，其特征在于：料坯的加热温度为400℃至

470℃之间，由飞边槽模锻工艺将加热的高硅铝合金挤压棒料直接模锻成型为带飞边的活塞模锻件。

3、根据权利要求1所述的高硅铝合金活塞模锻工艺，其特征在于：模锻塑性成型是采用活塞模锻模具一次性模锻加工工艺成型，即由开式锻模实现模锻件的一次性塑性成型。

4、根据权利要求1所述的高硅铝合金活塞模锻工艺，其特征在于：切边后续处理是将一次性模锻加工工艺成型的活塞锻件切去多余的飞边。

5、根据权利要求1所述的高硅铝合金活塞模锻工艺，其特征在于：通过在400℃至470℃温度范围内模锻工艺产生的大的变形程度，使棒料料坯中的块状粗晶硅细化及伴随产生的硬化现象，同时通过薄而宽的飞边所产生足够大的横向阻力进而在模膛3内产生强烈的三向压应力状态。

6、一种高硅铝合金活塞模锻模具，是由：下模1、导正销2、模膛(锻件)3、上模4、顶杆5、模座6、顶出器7和滑块8顺序联接组成，其特征在于：下模1的模膛3周围设置有飞边槽，飞边槽由桥部和仓部所构成，当上模4与下模1接触时，在活塞模膛3周围沿分模面形成高度不超过1.2mm而宽度为8～10mm的均匀缝隙，即飞边桥，从而使模膛3内造成更加强烈的三向压应力状态。

7、根据权利要求6所述的高硅铝合金活塞模锻模具，其特征在于：将深度大的模膛3设在上模4，并将顶出器7也设在上模4的模膛3底部。

8、根据权利要求6所述的高硅铝合金活塞模锻模具，其特征在于：上模4、下模1分别设置有两个导正销2和相应的导正孔。

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