专利名称：高硅铝合金活塞模锻工艺与模具的制作方法
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、飞机和家用空调压縮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一下料一加热一制坯一加热一模压塑性成 形一切边一后续处理，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40(TC至470 。C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. 2ram 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(030 060mm)—下料一加热一模锻塑性成形一 切边一后续处理。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40(TC至470°C;所得活塞锻件的强度指标o b ^450MPa，硬度高，且表面光洁。活塞锻件的模锻过程为将加热至40(TC至470'C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(l)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47(TC，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30(TC，放入毛坯加热到49(TC并保温1小时，润滑剂 为石墨溶液。与二次模锻成型相比，釆用一次模锻成型，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40(TC至47(TC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ob^450MPa，能更好地满足于国内外用户的要 求。7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52(TC土5'C。所 得高硅铝合金柱式活塞锻件的强度指标为o b=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40(TC至470°C，所得活塞锻件的强度指标o b ^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40(TC至47(TC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ob^450MPa，更 好地满足了国内外用户的要求。
权利要求
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。C至47(TC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40(TC至47(TC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l、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。
全文摘要
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。
文档编号B21K1/18GK101254517SQ20071018769
公开日2008年9月3日 申请日期2007年11月22日 优先权日2007年11月22日
发明者冯富贵, 吴腊生, 夏巨谌, 王新云, 胡国安 申请人:温岭立骅机械有限公司