CN104325053B - 一种喷射沉积梯度铝合金复合材料活塞的镦挤制法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种喷射沉积梯度铝合金复合材料活塞的镦挤制法及其装置，适于内燃机活塞工厂应用；它公开了采用喷射沉积技术制备出从顶部到底部的SiCp增强颗粒的梯度逐渐增加的梯度分布锭坯；所述锭坯置于闭式模锻模膛中，在模具或坯料加热到400℃～500℃，和普通的液压机压制速度下经镦挤实现活塞成型及其致密化；本发明得到热稳定性和耐磨性能优良的活塞，实现该技术装置结构简单，制造方便，性能可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金活塞的制备技术，特别涉及到一种陶瓷增强梯度铝合金复合材料活塞的制备方法和制备用的装置。
背景技术
随着我国汽车业，贴了运输业和航运业的飞速发展，铝合金活塞已经开始被各类机车使用，铝合金活塞的性能也受到了越来越多人的关注。
由于活塞长期在高温下工作，相当于持续经历着的时效和稳定化处理，活塞膨胀，原有0.05mm的配缸间隙消失，导致咬缸；同时活塞壁面需要不断地与气缸的缸套不断地发生摩擦，当活塞的磨损量超过允许值，会使功率、速度降低，油耗增加以致敲缸，直接导致活塞因磨损而失效，减短了活塞的使用寿命。因此活塞的热稳定性能和耐磨性都是影响活塞使用寿命的主要因素。
目前铝合金活塞材料大多都采用为牌号为4A11或2A70的铸造合金，然而4A11或2A70合金的耐磨性和抗腐蚀性较差，热膨胀系数大，影响了活塞的使用寿命；活塞的成型技术基本采用铸造法直接制备汽车零部件，由于铸件的冷速较低，会产生铸件组织粗大，成分偏析严重、缩孔、气孔、疏松等缺陷，铸件的性能较低；现在人们为汽车内燃机发动机活塞使其具有高强度、高耐磨、高精度、低膨胀、轻量化都在从事于研究之中。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷射沉积梯度复合材料活塞的镦挤制法，另一目的是提供一种喷射沉积梯度铝合金复合材料活塞的镦挤制法的装置，本发明是提高活塞的热稳定性能和耐磨性能，以减少活塞膨胀和磨损，导致咬缸和敲缸出现的概率，延长活塞的使用寿命；
采用喷射沉积技术制备的的铝基梯度复合材料的增强颗粒为碳化硅颗粒SiCp从底部至顶部梯度分布的铝坯。经镦粗致密化，采用普通液压机施以一定压力，控制液压速度，对致密化坯料进行压制，压制过程中SiCp含量较高的底部坯料受应压力及模膛对其的横向应力作用，发生流动变性后分布在活塞模锻件壁部表面，且活塞顶部由于SiCp的梯度，还保留一定的SiCp含量，可降低工作时产生的热应力，获得SiCp分布在顶部及外壁部表面的活塞模锻件。
模具采用模具装置进行预热，坯料无需预热或采用加热炉进行预热，以实现对坯件的镦粗致密化加工及挤压成型。
实现上述喷射沉积梯度铝合金复合材料活塞的镦挤制法的装置，第1步：挤压前准备，制备SiCp从底部至顶部梯度分布的铝坯；将经镦粗致密化的坯料放入挤压模腔内，利用模具的电加热装置将模具加热到450℃，若坯料加热，则用电热炉将其加热至460℃；第2步：进行挤压，采用普通液压机施以一定压力，控制液压速度，对坯料进行压制，实现SiCp分布在活塞模锻件顶部及外壁部表面；第3步：抬起冲头，将模锻件从模膛中取出，获得SiCp分布在顶部及壁部表面的活塞模锻件。
为了实现该墩挤技术，本发明提供的装置是：包括压机机头和压机工作台，本发明在压机工作台上安装下模座6，将下垫板7置于下模座内，下模4置于下垫板之上，再将下模压圈5安装在下模座上；同样上垫板7置于上模座1内，将上模3置于上垫板的下表面上，然后将上模压圈2安装在上模座的下表面上，最后将上模座安装在压机机头上；模具本身具有限位和固定装置，在压机工作台上和压机头上都设有相对应的限位装置。所述限位装置是上模3模内壁设置的凸模导套13，所述固定装置是在下模座6设置的沟式固定装置16，在下模压圈5上设置的沟式固定装置15，本压机及工作台还备置活塞模锻件17、17-1及18、18-1。
所述的上模当中的冲头8，冲头设有台阶9和圆角过渡10，且设有相应拔模斜度，角度值为5度。
所述的下模当中的模膛11，模膛设有相应拔模斜度，角度值为3度。
在所述的下模上设有电热加热装置12。
根据上述压制过程可见，采用普通液压机施以一定压力，控制液压速度，对致密化坯料进行压制：SiCp含量较高的底部坯料收压应力及模膛对其的横向应力作用，发生流动变形后分布在活塞模锻件壁部表面，且活塞顶部由于SiCp的梯度，还保留一定的SiCp含量，可降低工作时产生的热应力，获得SiCp分布在顶部及外壁部表面的活塞模锻件；其特点是模具结构简单，操作方便，压制出的锻件，性能优良；可避免铸件组织粗大、成分偏析严重、缩孔、气孔、疏松等缺陷，得到SiCp分布在顶部及壁部表面的活塞模锻件。工艺可重复性高，产品尺寸较精确，生产成本低，可进行批量化生产。
综上所述，本发明的技术能得到热稳定性能和耐磨性能优良的活塞，实现该技术的装置结构简单、制造方便、性能可靠。
附图说明
图1是本发明的活塞模锻件及加工后活塞零件构造示意图；
图2是本发明的活塞锻压模具固定装置位置及构造示意图；
图3是本发明的活塞锻压模具上模三维构造示意图；
图4是本发明的活塞锻压模具下模三维构造示意图；
图5是本发明的活塞锻压模具垫板三维构造示意图。
具体实施方式
实现本发明的喷射沉积梯度复合材料活塞的装置实施例，参见图1、2、3、4，包括压机机头和压机工作台，本发明在压机工作台上安装下模座6，将下垫板7置于下模座内，下模4置于下垫板之上，再将下模压圈5安装在下模座上；同样上垫板7置于上模座1内，将上模座3置于上垫板的下表面上，然后将上模压圈2安装在上模座的下表面上，最后将上模座安装在压机机头上；模具本身具有限位和固定装置，在压机工作台上和压机头上都设有相对应的限位装置。所述限位装置是上模3模内壁设置的凸模导套13，所述固定装置是在下模座6设置的沟式固定装置16，在下模压圈5上设置的沟式固定装置15，本压机及工作台还备置活塞模锻件17、17-1及18、18-1。
根据图3所示，所述上模当中的冲头8，冲头设有台阶9和圆角过渡10，且设有相应拔模斜度14。
根据图4所示所述下模4当中的模膛11，模膛设有相应拔模斜度，角度值为3度。
根据图2、4、5所示，在所述的下模4上设有电热加热装置12。下面结合镦挤制法实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1)采用喷射沉积技术制备出SiCp从底部至顶部梯度分布的铝坯，其成分为SiCpp/Al-20Si-4.5Cu；第1步：挤压前准备，将制备的铝坯在普通压机上镦粗；将经镦粗致密化的坯料放入挤压模腔内，利用模具的电加热装置对模具进行预热，将模具加热到450℃，坯料加热，则用电热炉加热至460℃；第2步：进行挤压，采用普通液压机施以一定压力，控制液压速度，对坯料进行压制，实现SiCp分布在顶部及壁部表面的活塞模锻件。
实施例2)本实施例2仍同实施例1)，只是将模具加热到400℃；
实施例3)本实施例3仍同实施例1)，只是将模具加热到500℃；
实施例4)本实施例4仍同实施例1)，只是将坯料用电热炉加热至460℃；
实施例5)本实施例5仍同实施例1)，只是将坯料用电热炉加热至420℃；
实施例6)本实施例6仍同实施例1)，只是将坯料用电热炉加热至475℃。
Claims (7)
1.一种喷射沉积梯度复合材料活塞的镦挤制法，其特征是采用喷射沉积技术制备出从顶部至底部的SiCp增强颗粒的梯度逐渐增加的梯度分布锭坯；所述锭坯置于闭式模锻模膛中，将模具或坯料加热到400℃～500℃，和普通的液压机压制速度下经镦挤实现活塞成型及其致密化；所述镦挤过程中使增强颗粒较高的坯料底部将沿阴模壁翻转流动至活塞锻件顶部和外壁部表面，而含增强颗粒较少的原坯料顶部则形成了活塞的内壁，且整体成连续梯度分布；由于在闭式模锻模膛中实现镦挤，在坯料流动变性的同时实现了所述的致密化。
2.根据权利要求1所述一种喷射沉积梯度复合材料活塞的镦挤制法，其特征是挤压前制备SiCp从底部至顶部梯度分部的锭坯；将经镦粗致密化的坯料放入挤压模腔内模具采用内置加热装置加热到450℃，或者只需坯料采用加热炉进行预热至460℃。
3.根据权利要求1所述一种喷射沉积梯度复合材料活塞的镦挤制法，其特征是镦挤过程的挤压，是采用普通液压机施以一定压力，控制液压速度和挤压温度，对坯料进行压制，实现SiCp分布在活塞模锻件顶部及壁部表面。
4.根据权利要求1所述的一种喷射沉积梯度复合材料活塞的镦挤制法的装置，包括压机机头和压机工作台，其特征是：在压机工作台上安装下模座(6)，将下垫板(7)置于下模座内，下模(4)置于下垫板之上，再将下模压圈(5)安装在下模座上；同样上垫板(7)置于上模座(1)内，将上模(3)置于上垫板的下表面上， 然后将上模压圈(2)安装在上模座的下表面上，最后将上模座安装在压机机头上；模具本身具有限位和固定装置，在压机工作台上和压机头上都设有相对应的限位装置，所述限位装置是上模(3)模内壁设置的凸模导套(13)，所述固定装置是在下模座(6)设置的沟式固定装置(16)，在下模压圈(5)上设置的沟式固定装置(15)，本压机及工作台还备置活塞模锻件(17、17-1、18、18-1)。
5.根据权利4所述的装置，其特征是：所述的上模当中的冲头(8)，冲头设有台阶(9)和圆角过渡(10)，且设有相应拔模斜度(14)，角度值为5度。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征是：在所述的下模当中的模膛(11)，模膛设有相应拔模斜度，角度值为3度。
7.根据权利要求4、5或6所述的装置，其特征是：在所述的下模(4)上设有电热加热装置(12)。
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