一种半固态压叶轮近成形生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半固态压叶轮近成形生产方法，属于精密压铸和半固态触变成形技术领域。
【背景技术】
[0002]涡轮增压技术可以提高汽车发动机功率、降低能耗和减少排放，是目前实现汽车工业节能减排目标最有效的手段之一。压叶轮是汽车涡轮增压器的核心零部件之一，其性能直接决定了涡轮增压发动机的节能减排效果、使用寿命和可靠性。
[0003]目前，涡轮增压器用铝合金压叶轮的生产方法主要有三种，一种是采用传统的真空吸铸方法；一种是通过对半连续铸造棒材进行挤压+锻造+机加工；还有一种是半固态触变压铸成形。
[0004]传统的真空吸铸生产压叶轮由于不可避免存在铸造缺陷(如缩松、缩孔及氧化物夹杂)，使得产品的疲劳寿命较低；采用挤压+锻造+机加工的方法制造的压叶轮产品质量较高。一般都需要采用大挤压比的挤压机挤出相应尺寸的挤压棒料，然后进行闭式模锻，最后进行热处理，热处理后要求整个断面尺寸晶粒分布均匀，无残余应力，之后进行机加工生产出压叶轮。该方法工艺路线长，且残余应力控控制困难，导致机加工后的叶片尺寸精度很难保证，因此生产制作成本非常高，主要用于高端车辆用涡轮增压器中；采用半固态触变压铸成形生产的压叶轮产品质量与机加工相当，生产成本较机加工低，但远高于铸造方法，性价比不高。其中，由于压叶轮的叶片形状非常复杂，其模具由若干个大小不等的小块拼装而成，压铸完成后每件产品都需要人工拆卸和拼装，生产效率较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种半固态压叶轮近成形生产方法。由于压叶轮形状非常复杂，壁厚差较大，且叶片多为曲面造型，造成模具结构设计困难，模具生产成本高。本发明结合半固态触变成形的特点，设计新型结构的压铸模具，不需要人工拆卸和拼装，使用压铸机直接生产出形状接近压叶轮最终尺寸的毛坯件，然后进行机加工，降低生产成本。
[0006]本发明按照压叶轮的实际尺寸，设计接近其形状尺寸的毛坯件，根据新设计的毛坯件尺寸设计新的模具结构，确保压铸机能够顺利顶出零件，不需要人工拆卸和拼装模具，提高压铸生产效率。
[0007]一种半固态压叶轮近成形生产方法，包括如下步骤:
[0008](I)根据不同压叶轮的实际外形尺寸，设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件，在满足脱模便利的条件下，尽量减少毛坯件重量；
[0009](2)根据毛坯件的尺寸，设计新的模具结构；
[0010](3)将坯料放入中频感应加热设备，加热至半固态温度区间，固相分数达到50%-60% ；
[0011](4)采用夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形；
[0012]( 5 )取出制件，得到接近压叶轮尺寸的毛坯件。
[0013]在设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件时，可将压叶轮每个叶片的曲面设计成简单平面，根据修改后的零件尺寸设计新的模具结构。
[0014]如图2所示，当设计成简单平面的大小叶片平行，且两个平面间距小于5mm时，可将两个叶片合并，设计成整体毛坯件。当两个平面间距大于等于5_时，可直接设计模具。
[0015]如图4所示，当设计成简单平面的大小叶片不平行，其夹角α为正角度时，可直接将零件顶出。如夹角α为负角度时，需将大小叶片合并，设计成整体毛坯件。
[0016]本发明根据不同规格压叶轮的实际外形尺寸，设计接近其形状尺寸的毛坯件，然后进行模具结构设计，采用半固态压铸生产接近压叶轮尺寸的毛坯件，然后进行机加工。可根据成本及生产效率的需求，设计不同尺寸，不同形状的压叶轮毛坯件。
[0017]目前半固态触变压铸生产的模芯需要从模架中取出，然后在加热台上操作，取出压铸件，对14块小模具进行喷涂，然后将它们拼装在一起，再用半自动机械手送入模架中。由于需要人工拆装模具及喷涂，生产效率较低，且喷涂不均匀。
[0018]与现有技术相比，本发明根据压叶轮外形尺寸，重新设计近成形压铸毛坯件，使得铸件可以直接在压铸机中顶出，不需要人工拆装模具。这样可以采用自动喷涂机对模芯进行喷涂，生产效率高，且喷涂均匀，成品率高。然后对压铸毛坯件进行机加工，最终获得满足尺寸要求的压叶轮。
[0019]本发明结合半固态触变成形的特点，根据不同尺寸规格的压叶轮形状，设计接近其形状尺寸的毛坯件，根据新设计的毛坯件尺寸设计新的模具结构，确保压铸机能够顺利顶出零件，不需要人工拆卸和拼装模具，降低模具设计及制作成本，提高压铸生产效率。
【附图说明】
[0020]图1是铝合金压叶轮的三维图。
[0021]图2、图3和图4是压叶轮近成形毛坯件设计示意图。
[0022]图5是修改后的整体毛坯件外形尺寸示意图。
【具体实施方式】
[0023]实施方式一
[0024]本发明提供的一种半固态压叶轮近成形生产方法及模具，其特征在于，所生产方法包括以下步骤:
[0025]步骤1，根据压叶轮的实际外形尺寸，设计接近其形状尺寸的毛坯件；
[0026]步骤2，根据毛坯件的尺寸，设计新的模具结构；
[0027]步骤3，将坯料放入中频感应加热设备加热至半固态温度区间，固相分数达到50%-60% ；
[0028]步骤4，采用专用的夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形；
[0029]步骤5，取出制件。
[0030]实施方式二
[0031]与实施方式一的区别为:根据不同尺寸压叶轮外形尺寸，将每个叶片的曲面设计成简单平面，根据修改后的零件尺寸设计新的模具结构。这样可以显著降低模具设计及加工难度，提高压铸生产效率。
[0032]下面以图1所示的压叶轮为例，采用本发明方法进行半固态压叶轮近成形生产。包括如下步骤:
[0033](I)如图1所示，直径为98mm的铝合金压叶轮的三维图，共有7个大叶片，7个小叶片，且大小叶片均为曲面造型，最小厚度仅为0.7mm。这给模具结构设计带来很大的困难，不能从模具中直接顶出，需要采用14个分瓣模具进行人工开模，生产效率低。因此，根据压叶轮的实际外形尺寸，设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件，在满足脱模便利的条件下，尽量减少毛还件重量。
[0034]如图2所示，在设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件时，将压叶轮每个叶片的曲面设计成简单平面，大叶片的厚度和长度为54.5mm x 5mm，小叶片的厚度和长度为32.5 X 3mm。
[0035]由于压叶轮大小叶片的两个平面平行即α为O度,且两个平面间距s为4mm小于标准的5mm，此时可将两个叶片合并，设计成整体毛坯件，如图3所示。
[0036](2)如图5所示，根据修改后的整体毛坯件外形尺寸，设计新的模具结构。由于修改后的毛坯件叶片为平面结构，且形状相对简单，降低了模具结构设计的难度，生产效率较人工拆装1旲具大幅度提闻;
[0037](3)将半固态坯料放入中频感应加热设备，加热至半固态温度区间，固相分数达到50%-60% ；
[0038](4)采用夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形；
[0039](5)取出制件，得到接近压叶轮尺寸的毛坯件。
[0040]本发明可根据成本及生产效率的需求，设计不同尺寸，不同形状的压叶轮毛坯件，并且不需要人工拆卸和拼装模具，降低模具设计及制作成本，提高压铸生产效率。
【主权项】
1.一种半固态压叶轮近成形生产方法，包括如下步骤: (1)根据压叶轮的实际外形尺寸，设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件，在满足脱模便利的条件下，尽量减少毛坯件重量； (2)根据毛坯件的尺寸，设计新的模具结构； (3)将坯料放入中频感应加热设备，加热至半固态温度区间，固相分数达到50%-60%左右； (4)采用夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形； (5)取出制件，得到接近压叶轮尺寸的毛坯件。
2.根据权利要求1所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于:在设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件时，将压叶轮每个叶片的曲面设计成简单平面，根据修改后的零件尺寸设计新的模具结构。
3.根据权利要求2所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于:当设计成简单平面的大小叶片平行，且两个平面间距小于5mm时，将两个叶片合并，设计成整体毛坯件。
4.根据权利要求2所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于:当设计成简单平面的大小叶片平行，且两个平面间距大于等于5mm时，直接设计模具。
5.根据权利要求2所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于:当设计成简单平面的大小叶片不平行，且其夹角α为正角度时，直接将零件顶出。
6.根据权利要求2所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于:当设计成简单平面的大小叶片不平行，且其夹角α为负角度时，将大小叶片合并，设计成整体毛坯件。
【专利摘要】本发明公开了一种半固态压叶轮近成形生产方法，属精密压铸和半固态触变成形技术领域。本发明根据压叶轮的实际外形尺寸，设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件，在满足脱模便利的条件下，尽量减少毛坯件重量；根据毛坯件的尺寸，设计新的模具结构；将坯料放入中频感应加热设备，加热至半固态温度区间，固相分数达到50%-60%；采用夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形；取出制件，得到接近压叶轮尺寸的毛坯件。本发明结合半固态触变成形的特点，设计接近其形状尺寸的毛坯件，根据新设计的毛坯件尺寸设计新的模具结构，确保压铸机能够顺利顶出零件，不需要人工拆卸和拼装模具，降低模具设计及制作成本，提高压铸生产效率。
【IPC分类】B22D17-22, B22D17-00
【公开号】CN104668501
【申请号】CN201310641788
【发明人】和优锋, 李大全, 朱强, 张帆, 许小静
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年12月3日