專利名稱：高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具，可直接用于汽車、飛機及家用空調(diào) 壓縮機等以高硅鋁合金為材料的關(guān)鍵零件的模鍛生產(chǎn)，屬于金屬材料塑性成形與模具技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
斜盤為空調(diào)壓縮機的關(guān)鍵部件，它在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下帶動活塞往復(fù)來回工作，頻率極 高，所以要求材料具有強度高、硬度高和耐磨性好等特點， 一般選用鋁硅系鑄造鋁合金。
A390鋁合金中Si元素的含量為16 18M，是高硅鋁合金，為美國牌號過共晶鑄造鋁硅 合金材料，該合金具有良好的耐磨性、耐腐蝕性，低的熱膨脹系數(shù)和高的氣密性，適合于 制造斜盤零件；國內(nèi)沒有具體的牌號與之對應(yīng)。作為鑄造鋁合金，其傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是壓 力鑄造和擠壓鑄造，工藝過程是在壓鑄機的壓室內(nèi)澆入熔融的液態(tài)鋁合金，使液態(tài)金屬在 壓力和較高速度作用下充填模具模膛，并在壓力下成形和結(jié)晶而獲得鑄件。采用這項工藝 生產(chǎn)的壓鑄件，其主要問題是存在氣孔、起皮和粗大初晶硅顆粒等缺陷，氣孔的存在降低 了壓鑄件的力學(xué)性能、耐蝕性和氣密性，起皮則影響了壓鑄件的表面質(zhì)量，粗大的初晶硅 容易引起應(yīng)力集中、降低零件的力學(xué)性能。文獻[l](程其明，毛協(xié)民，7H15汽缸體壓鑄 件缺陷分析與對策，特種鑄造及有色合金，1999年增刊第一期93~94)報導(dǎo)，采用ADC14 鋁硅合金，為日本牌號，硅含量16~18%，與A390同屬過共晶鑄造鋁合金，其所生產(chǎn)的汽 缸體壓鑄件，因氣孔而使報廢率高達50%。
塑性成形是固態(tài)金屬在壓力作用下通過塑性流動充填模腔而形成零件的一種工藝，所 得零件的組織細小致密、力學(xué)性能高，能有效克服壓鑄工藝存在的質(zhì)量問題。但金屬材料 的塑性能力是決定零件能否成形的關(guān)鍵條件，由于A390鋁合金組織中存在大量粗大的初 晶硅顆粒，容易引起應(yīng)力集中，降低了合金塑性，導(dǎo)致A390鋁合金不能進行塑性變形。 目前，只有下面的文獻對ADC12空調(diào)器柱式活塞進行了研究,相關(guān)文獻[2](劉東波，ADC12 空調(diào)器柱式活塞塑性成形分析和熱處理工藝，機械工人，2004年第4期38~39)報導(dǎo)， ADC12柱式活塞是國內(nèi)外先進轎車空調(diào)器上極為重要的零件，由于ADC12是鋁硅系亞共 晶鑄造鋁合金，為日本牌號，硅含量10.5~11.5%，在液態(tài)鑄造時流動性較好，但用鑄鋁直 接模壓塑性成形在工藝上無法實現(xiàn)。壓鑄件存在內(nèi)部組織致密性差、強度低等缺點，而模鍛件能彌補其缺陷。其模鍛工藝流程為ADC12擠壓棒材，直徑》30~(})60111111^下料+ 加熱—制坯》加熱+模壓塑性成形—切邊+后續(xù)處理。其中，最關(guān)鍵的模壓塑性成形即模 鍛工序，根據(jù)柱式活塞零件的結(jié)構(gòu)特點，選擇折線分模面，所有與分模面垂直的平面都設(shè) 計了拔模斜度；兩次加熱的溫度均為520士5'C。所得ADC12柱式活塞鍛件能夠滿足轎車 空調(diào)器使用要求。
迄今為止，除了發(fā)明人發(fā)表的"活塞尾鍛造工藝實驗研究"論文(模具工藝，2006[2]: 60~64)和"活塞尾鍛造工藝分析及數(shù)值模擬"論文(鍛壓技術(shù)，2006[11]: 1~4)中涉及 的中硅鋁合金部分相關(guān)技術(shù)外，即對硅含量9~11%的中硅鋁合金模鍛成形技術(shù)方面，未見 國內(nèi)外有同類技術(shù)的研究與應(yīng)用報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具，即鋁合金斜盤零件模鍛工藝，并提 供實現(xiàn)模鍛工藝的模具，目的在于有效克服高硅鋁合金在壓鑄成形時存在的塑性成形性能 差的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是高硅鋁合金斜盤模鍛工藝，由小飛邊開式鍛模實現(xiàn)模鍛件的塑 性成形，模鍛工藝流程為坯料按照體積相等原則精確下料，擠壓棒材+下料+加熱—模 鍛塑性成形^后續(xù)處理，坯料加熱溫度為500°C±5°C，凹模預(yù)熱溫度為200'C±5°C，小 飛邊模鍛工藝將加熱后的鋁合金棒料直接模鍛成形為帶小飛邊的斜盤模鍛件。高硅鋁合金 斜盤模鍛模具，模具為小飛邊開式鍛模，由主滑塊l、上凸模2、飛邊槽3、擠壓筒4、鍛 件5、下凸模6、頂出器7所組成，頂出器7上安裝有下凸模6，下凸模6上方安裝有上凸 模2，上凸模2上安裝有主滑塊1，上凸模2與下凸模6位于擠壓筒4中，凹模采用可分 結(jié)構(gòu)，由擠壓筒4和下凸模6組成，下凸模6安裝于擠壓筒4中，鍛件在頂出器7作用下 由下凸模6直接頂出，在上凸模2中設(shè)置高度為3mm、厚度為0.5mm的環(huán)形均勻縫隙， 即飛邊槽3，所有與擠壓筒4接觸的表面拔模斜度為小于等于5度。
與文獻[l]相比，本發(fā)明材料利用率高，鍛件不存在氣孔和起皮缺陷，初晶硅顆粒細小， 力學(xué)性能顯著提高。與文獻的[2]研究相比，本發(fā)明實現(xiàn)了高硅鋁合金的塑性成形，在高溫 下通過建立強烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，提高材料的塑性成形能力，有效克服了高硅鋁合金塑 性成形性能差的問題。
本發(fā)明工藝流程合理，工藝參數(shù)與性能穩(wěn)定；模具結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和使用方便， 工作可靠。毛坯加熱至500°C，通過以鐓粗和反擠為變形特征的模鍛工藝成形；模鍛工序 鍛件處于強烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，顯著提高了高硅鋁合金的塑性成形性能；鍛件在小飛邊模膛和強烈三向壓應(yīng)力狀態(tài)下成形，有利于改善鍛件內(nèi)部金相組織和力學(xué)性能，強度指標(biāo) ab2350MPa，并使表面更加光潔；采用小飛邊使鍛件成形精確，所得高硅鋁合金斜盤鍛件 的飛邊小于0.5mm，甚至沒有飛邊，顯著提高了材料利用率；將模具結(jié)構(gòu)設(shè)計成可分凹模 結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)置拔模斜度，利用下凸模6頂出鍛件，可簡化模具結(jié)構(gòu)及制造，方便安裝 和更換。


圖1:是本發(fā)明高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具的斜盤鍛件的主視圖； 圖2:是本發(fā)明高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具的斜盤鍛件的剖視圖； 圖3:是本發(fā)明高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具的斜盤鍛模的剖視結(jié)構(gòu)圖； 圖4:是本發(fā)明高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具的斜盤上凸模的主視圖； 圖5:是本發(fā)明高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具的斜盤上凸模的剖視圖； 圖6:是本發(fā)明高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具的斜盤下凸模的主視圖； 圖7:是本發(fā)明高硅鋁合金斜盤模鍛工藝與模具的斜盤下凸模的剖視圖。 圖1中5鍛件 圖2中5鍛件
圖3中1主滑塊 2上凸模 3飛邊槽 4擠壓筒 5鍛件 6下凸模 7頂出器
圖4中2上凸模 圖5中2上凸模 圖6中6下凸模 圖7中6下凸模
具體實施例方式
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。
本發(fā)明所述的高硅鋁合金，是指牌號為A390的高硅鋁合金，A390鋁合金中Si元素 的含量為16~18%，屬高硅鋁合金，為美國牌號過共晶鑄造鋁硅合金材料，該合金具有良 好的耐磨性、耐腐蝕性，低的熱膨脹系數(shù)和高的氣密性，適合于制造斜盤零件；國內(nèi)沒有 具體的牌號與之對應(yīng)。
高硅鋁合金斜盤模鍛工藝，其工藝流程為A390擠壓棒材+下料》加熱+模鍛塑性成 形+后續(xù)處理，坯料按照體積相等原則精確下料，坯料加熱溫度為500。C士5t:，凹模預(yù)熱 溫度為20(TC士5t:，小飛邊模鍛工藝將加熱后的A390鋁合金棒料直接模鍛成形為帶小飛邊的斜盤模鍛件，由小飛邊開式鍛模實現(xiàn)模鍛件的塑性成形。
高硅鋁合金斜盤模鍛模具，模具為小飛邊開式鍛模，由主滑塊l、上凸模2、飛邊槽
3、擠壓筒4、鍛件5、下凸模6、頂出器7所組成。，頂出器7上安裝有下凸模6，下凸模 6上方安裝有上凸模2，上凸模2上安裝有主滑塊1，上凸模2與下凸模6位于擠壓筒4中， 凹模采用可分結(jié)構(gòu)，由擠壓筒4和下凸模6組成，下凸模6安裝于擠壓筒4中，鍛件在頂 出器7作用下由下凸模6直接頂出，在上凸模2中設(shè)置高度為3mm、厚度為0.5mm的環(huán) 形均勻縫隙，即飛邊槽3，所有與擠壓筒4接觸的表面拔模斜度為小于等于5度。
斜盤鍛件的模鍛過程為將加熱至50(TC左右的A390高硅鋁合金坯料，放入擠壓筒4 和下凸模6組成的凹模內(nèi)，上凸模2在主滑塊1的作用下迫使坯料變形，毛坯金屬一方面 流動填充模膛， 一方面被擠入飛邊槽形成一圈縱向飛邊，隨著上凸模向下移動，飛邊變得 愈來愈薄，造成足夠大的流動阻力，在模膛內(nèi)產(chǎn)生強烈的三向壓應(yīng)力，從而促使整個模膛 充滿，毛坯成為帶有小飛邊的斜盤鍛件5，模鍛過程結(jié)束后，上凸模隨壓力機主滑塊l回 程，頂出器7通過下凸模2將鍛件5從擠壓筒4中頂出，取出鍛件后，頂出器7回程，下 凸模2回到原始位置。
本發(fā)明工藝流程合理，工藝參數(shù)與性能穩(wěn)定；模具結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和使用方便， 工作可靠。毛坯加熱至500°C，通過以鐓粗和反擠為變形特征的模鍛工藝成形；模鍛工序 鍛件處于強烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，顯著提高了 A390高硅鋁合金的塑性成形性能；鍛件在 小飛邊模膛和強烈三向壓應(yīng)力狀態(tài)下成形，有利于改善鍛件內(nèi)部金相組織和力學(xué)性能，強 度指標(biāo)cj^350MPa，并使表面更加光潔；采用小飛邊使鍛件成形精確，所得A390高硅鋁 合金斜盤鍛件的飛邊小于0.5mm，甚至沒有飛邊，顯著提高了材料利用率；將模具結(jié)構(gòu)設(shè) 計成可分凹模結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)置拔模斜度，利用下凸模6頂出鍛件，可簡化模具結(jié)構(gòu)及制 造，方便安裝和更換。
權(quán)利要求
1、一種高硅鋁合金斜盤模鍛工藝，其特征在于由小飛邊開式鍛模實現(xiàn)模鍛件的塑性成形，模鍛工藝流程為坯料按照體積相等原則精確下料，擠壓棒材→下料→加熱→模鍛塑性成形→后續(xù)處理，坯料加熱溫度為500℃±5℃，凹模預(yù)熱溫度為200℃±5℃，小飛邊模鍛工藝將加熱后的鋁合金棒料直接模鍛成形為帶小飛邊的斜盤模鍛件。
2、 一種高硅鋁合金斜盤模鍛模具，模具為小飛邊開式鍛模，由主滑塊l、上凸模2、 飛邊槽3、擠壓筒4、鍛件5、下凸模6、頂出器7所組成，頂出器7上安裝有下凸模6， 下凸模6十.方安裝有上凸模2，上凸模2上安裝有主滑塊1，上凸模2與下凸模6位于擠 壓筒4中，其特征在于凹模采用可分結(jié)構(gòu)，由擠壓筒4和下凸模6組成，下凸模6安裝 于擠壓筒4中，鍛件在頂出器7作用下由下凸模6直接頂出，在上凸模2中設(shè)置高度為3mm、 厚度為0.5mm的環(huán)形均勻縫隙，即飛邊槽3，所有與擠壓筒4接觸的表面拔模斜度為小于 等于5度。
全文摘要
高硅鋁合金斜盤模鍛工藝，由小飛邊開式鍛模實現(xiàn)模鍛件的塑性成形，模鍛工藝流程為擠壓棒材→下料→加熱→模鍛塑性成形→后續(xù)處理，坯料加熱溫度為500℃±5℃，凹模預(yù)熱溫度為200℃±5℃，小飛邊模鍛工藝將加熱后的鋁合金棒料直接模鍛成形為帶小飛邊的斜盤模鍛件，模具為小飛邊開式鍛模，由上凸模、下凸模和擠壓筒組成，凹模采用可分結(jié)構(gòu)，頂出時鍛件由下凸模直接頂出，在上凸模設(shè)置高度為3mm、厚度為0.5mm的環(huán)形均勻縫隙，即飛邊槽，所有與擠壓筒接觸的表面拔模斜度為小于等于5度，本發(fā)明工藝流程合理，工藝參數(shù)與性能穩(wěn)定，模具結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和使用方便，工作可靠。
文檔編號B21J5/00GK101628312SQ20081014299
公開日2010年1月20日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者馮福貴, 夏巨諶, 王新云, 胡國安, 磊 鄧 申請人:馮福貴;夏巨諶;胡國安