專利名稱：一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)斜盤的鑄造方法及模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及汽車空調(diào)壓縮機(jī)斜盤的鑄造成 形方法。技術(shù)背景現(xiàn)代汽車均配置有汽車空調(diào)，"結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高、功耗低、 可靠性好、制冷效果好."一直是汽車空調(diào)發(fā)展的目標(biāo)?？照{(diào)壓縮機(jī)對于空調(diào) 的性能好壞起著非常關(guān)鍵的作用，目前，在汽車空調(diào)上廣泛應(yīng)用的是斜盤 式空調(diào)壓縮機(jī)。由于使用中空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速高(正常情況下4000 5000rpm，最高達(dá)7000rpm)，因此對于斜盤式空調(diào)壓縮機(jī)的關(guān)鍵零部 件一斜盤有較高的要求。性能優(yōu)越的斜盤不僅重量輕，而且有高的強(qiáng)度和 耐磨性，以適應(yīng)長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)和惡劣的工作條件，提高空調(diào)的可靠性和延 長使用壽命。斜盤的材質(zhì)主要有鑄鐵和鋁合金。鑄鐵斜盤件與目前的轎車輕量化發(fā) 展趨勢背道而弛，且鑄鐵斜盤存在壓縮機(jī)功效低，能耗大的缺點(diǎn)。因此， 鑄鐵斜盤已逐漸退出轎車空調(diào)市場，而鋁合金斜盤則成為當(dāng)前斜盤式空調(diào) 壓縮機(jī)的首選和主要來源。市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前鋁合金斜盤采用熱模鍛成形，材質(zhì)主要為A390合 金。A3卯合金是過共晶的Al-Si-Cu合金。發(fā)表于《住友輕金屬技術(shù)報告》 1997年第38巻第一期的文獻(xiàn)"汽車用鋁合金的發(fā)展動向"在第53-71頁(自 動車用7》$ 二々厶合金o動向，住友軽金屬技報，38 (1997)， 1:53-71) 介紹了 10缸雙向斜盤式定排量壓縮機(jī)，其壓縮機(jī)的斜盤采用過共晶A390 合金，熱模鍛成形后經(jīng)T6熱處理提高斜盤的強(qiáng)度和硬度。采用熱模鍛成形 方法生產(chǎn)斜盤主要存在以下缺點(diǎn)1)需用定制的A390連鑄坯料，并經(jīng)定 量切割，以保證每一件鍛造后斜盤重量及尺寸不能超差。2)料坯須加熱至350 50(TC范圍內(nèi)方可進(jìn)行成形，耗能大，成本增加。3)高硅鋁合金的塑 性變形小，熱模鍛成形時鍛件容易產(chǎn)生裂紋缺陷，導(dǎo)致成品率降低。4)熱 鍛造成形時需要的鍛造力大，所需設(shè)備的投資高，并且模具壽命短。中國專利文獻(xiàn)"一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)鋁斜盤的制造方法"(申請?zhí)?200710026654.1，公開號CN101011732A)，采用了擠壓鑄造或稱液態(tài)模鍛 的方法制造汽車空調(diào)壓縮機(jī)的鋁合金斜盤件，其合金成分接近于A390。該 專利申請文件中所描述的鋁合金斜盤制造方法主要存在如下問題1)擠壓 鑄造或液態(tài)模鍛斜盤時，料筒內(nèi)的鋁合金料，包括筒壁凝固形成的硬殼、 涂料、氧化皮等全部進(jìn)入鑄件型腔，成形后鑄件內(nèi)部容易形成夾雜缺陷， 機(jī)加工后的零件成品率低。2)充型流動不暢，容易形成冷隔,且熱處理后鑄 件底部容易起泡，廢品率高。若需消除熱處理起泡，須采用抽真空的方法， 額外增加了操作工序，且鑄件整體質(zhì)量波動大，不穩(wěn)定。3)擠壓生產(chǎn)時， 只能做到一模一件，生產(chǎn)效率低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)用斜盤的鑄造方法，制造出 內(nèi)部夾雜物含量少，結(jié)構(gòu)致密的優(yōu)質(zhì)鋁合金斜盤。本發(fā)明的目的還在于提 供實(shí)施上述鑄造方法的模具。汽車空調(diào)壓縮機(jī)用斜盤的鑄造方法，具體為1) 對待處理的鋁合金料作熔化處理，得到熔液；2) 將熔液注入預(yù)熱后的模具料室，合模；3) 向料室內(nèi)熔液施加擠壓壓力，使得熔液通過澆道從側(cè)面平穩(wěn)流入型腔；4) 熔液充滿型腔后，從型腔垂直方向的一端向熔液施加保壓壓力， 使得熔液凝固后得到的鑄件致密；5) 在熔液完全凝固前從型腔垂直方向的另一端向熔液的中心處施加補(bǔ)縮壓力，消除凝固后的鑄件中心處的縮松；6) 補(bǔ)縮壓力維持4 10s后，取消該壓力；7) 待資道與型腔交接處熔液凝固后取消料室內(nèi)的擠壓壓力；8) 型腔中的熔液完全凝固后取消型腔的保壓壓力；9) 開模取出鑄件。上述鑄造方法使用的模具，包括動模型板5貼合在定模型板4的上表 面，定模型板4內(nèi)設(shè)有料室2，擠壓沖頭1位于料室2內(nèi)；其特征在于，定 模型板4與動模型板5的接觸面處設(shè)有澆道7和型腔9，澆道7的一端與料 室2連通，澆道7的另一端與型腔9的側(cè)壁連通，型腔9的頂部和底部各 設(shè)置一通道，兩通道內(nèi)均設(shè)有沖頭，兩沖頭遠(yuǎn)離型腔9的一端各自連接一 個加壓油缸。本發(fā)明具有以下技術(shù)效果(1)在料室中當(dāng)擠壓沖頭上擠，干凈熔液通過澆道平穩(wěn)流入型腔，而硬殼、涂料、氧化皮等雜質(zhì)會殘留在料室內(nèi)，從而使得鑄件內(nèi)部夾雜物含量減少，表面質(zhì)量及外形尺寸精度高；(2)通 過向型腔頂端和底端施加補(bǔ)縮壓力，保證鑄件致密。(3)通過控制從澆道流入到型腔內(nèi)的熔液流動速度及型腔排氣，保證流動平穩(wěn)，不巻氣，鑄件 熱處理不起泡。


圖1為本發(fā)明的鋁合金斜盤鑄造模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一模一件制造鋁合金斜盤的模具實(shí)施例示意圖；圖3為本發(fā)明一模兩件制造鋁合金斜盤的模具實(shí)施例示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例得到的A390鋁合金斜盤鑄件微觀組織示意圖； 圖5為現(xiàn)有技術(shù)鍛造的熱模煅A390鋁合金斜盤煅件的微觀組織示意圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。汽車空調(diào)壓縮機(jī)斜盤的鑄造方法包括以下步驟1) 對待處理的鋁合金料作熔化處理，得到熔液。2) 將熔液注入預(yù)熱后的模具料室，合模。3) 向料室內(nèi)熔液施加擠壓壓力，使得熔液通過澆道從側(cè)面平穩(wěn)流入 型腔。澆道與型腔交接處的熔液流動速度控制是充型流動平穩(wěn)與否的關(guān)鍵。試驗(yàn)研究表明該交接口處的鋁合金液流動速度控制在650 1000mm/s可 獲得不巻氣，即熱處理不起泡的斜盤擠壓鑄件。4) 熔液充滿型腔后，從型腔垂直方向的一端向熔液施加保壓壓力， 使得凝固后得到的鑄件致密。5) 在熔液完全凝固前從型腔垂直方向的另一端向熔液的中心處施加 補(bǔ)縮壓力，通常而言，補(bǔ)縮壓力可在保壓壓力維持6 12s后施加，壓力不 小于20MPa，否則有可能無法將沖頭壓入鑄件內(nèi)，導(dǎo)致凸臺中心的縮松缺 陷不能消除。6) 補(bǔ)縮壓力維持4 10s后，取消該壓力；7) 待澆道與型腔交接處熔液凝固后取消料室內(nèi)的擠壓壓力；8) 型腔中的烙液完全凝固后取消型腔的保壓壓力；9) 開模取出鑄件。本發(fā)明主要釆用間接式擠壓鑄造或液態(tài)模鍛成形，它釆用水平曲面分 型，鋁合金液從側(cè)面充型后在型腔頂部及型腔底部實(shí)施保壓或補(bǔ)縮加壓。 在料室中當(dāng)擠壓沖頭上擠，干凈熔液通過澆道平穩(wěn)流入型腔，而硬殼、涂 料、氧化皮等雜質(zhì)殘留在料室內(nèi)，從而使得鑄件內(nèi)部夾雜物含量減少，表面質(zhì)量及外形尺寸精度高；通過向型腔頂端和底端施加壓力，〗呆證鑄〗牛致 密；通過流速控制有效防止起泡，降低了廢品率。為了實(shí)現(xiàn)上述鑄造方法，本發(fā)明設(shè)計了相應(yīng)的模具。圖1為本發(fā)明實(shí) 施上述鑄造方法采用的一種模具結(jié)構(gòu)原理示意圖，從下往上依次為定模底板3、定模型板4、動模型板5和動模底板6。定模型板4內(nèi)設(shè)有料室2， 另有擠壓沖頭1的頂端處于料室2內(nèi)，擠壓沖頭1可在料室2內(nèi)上下移動。 定模型板4與動模型板5的接觸面處設(shè)有與料室2連通的澆道7。定模型板 4與動模型板5的接觸面處還設(shè)有側(cè)面與澆道7另一端連通的型腔9。在型腔9的底端設(shè)有第一通道，另有補(bǔ)縮加壓沖頭10可在該通道內(nèi)上下移動，用于從型腔9的底端向熔液中心處提供補(bǔ)縮壓力。在型腔9的頂端設(shè)有第 二通道，另有保壓沖頭8可在該通道內(nèi)上下移動，從型腔9的頂端向熔液 提供保壓壓力。擠壓成形前，模具處于打開狀態(tài)。首先將溫度適宜的高質(zhì)量的鋁合金 液快速而又平穩(wěn)地澆入到料室2，然后在擠壓機(jī)(圖中未示出)帶動下快速 合模，快速合模的目的在于減少鋁合金液在料室2中的溫度下降。合模后 擠壓沖頭1由擠壓油缸(圖中未示出)驅(qū)動上升，鋁合金液則通過澆道7 平穩(wěn)地流入型腔9。澆道7與型腔9交接處為型腔9的內(nèi)澆口 。在鋁合金液充滿型腔9后，立刻驅(qū)動保壓沖頭8下移，施加于一大于 50MPa壓力作用于正在凝固中的鑄件上，直至鑄件完全凝固。在保壓沖頭8 加壓6 8s后，驅(qū)動補(bǔ)縮加壓沖頭10上移，補(bǔ)縮加壓沖頭10在大于50MPa 的壓力作用下壓入到鑄件凸臺內(nèi)并保持壓力4~10s后，將補(bǔ)縮加壓沖頭10 抽回。待澆道與型腔交接處熔液凝固后，取消擠壓壓力擠壓沖頭l的壓力。 鑄件繼續(xù)冷卻10 20s后，保壓沖頭8上移收回。然后打開模具，擠壓沖頭 1和補(bǔ)縮加壓沖頭10同時上移，即可頂出鑄件。本發(fā)明設(shè)計的模具并不限于一種形式，可以改變保壓沖頭8和補(bǔ)縮加 壓沖頭10的位置，即在第一通道內(nèi)設(shè)置保壓沖頭8，而在第二通道內(nèi)設(shè)置 補(bǔ)縮加壓沖頭10。熔液充滿型腔9后先從型腔9底端向熔液施加保壓壓力， 再從型腔9頂端向熔液中心處施加補(bǔ)縮壓力，然后取消型腔9頂端補(bǔ)縮壓 力，待澆道7與型腔9交接處熔液凝固后取消擠壓沖頭1處的壓力。 一直 等型腔9中的熔液完全凝固后取消型腔9的保壓壓力。最后開模，擠J5沖 頭上擠，同時向型腔底端施加壓力，得到斜盤。圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一模一件的模具實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖，為了形成澆道和型 腔，可在定模型板4和動模型板5之間增設(shè)動模鑲塊14、定模鑲塊17和分 流錐11，分流錐11位于料室2頂端，分流錐11、動模鑲塊14以及定模鑲 塊17之間形成澆道7和型腔9，澆道7—端與料室2連接，另一端與型腔 9側(cè)面連接。為了更好的排除雜質(zhì)和氣體，在型腔9周圍設(shè)有與型腔9連通 的溢流槽或集渣包16及與溢流槽或集渣包相連通的排氣槽15。料室2通過定模墊板18固定于定模型板4內(nèi)。為了向型腔底端施加向上壓力，在定模 墊板18與定模底板3之間設(shè)有定模墊塊20和補(bǔ)縮加壓油缸19，補(bǔ)縮加壓 油缸19驅(qū)動補(bǔ)縮加壓沖頭10上移從而施壓；為了向型腔頂端施加向下壓 力，在動模型板5和動模底板6之間設(shè)有動模墊塊12和保壓油缸13，保壓 油缸13驅(qū)動保壓沖頭8下移從而施壓。定模/動模墊塊用于為補(bǔ)縮加壓油缸 19/保壓油缸13提供合適的安裝高度。為了提高效率，可在上述裝置中以相同方式增加一個或三個澆道7、型 腔9、補(bǔ)縮加壓沖頭10和保壓沖頭8，從而實(shí)現(xiàn)一模兩件或一模四件。圖3 是在圖2的基礎(chǔ)上對稱地設(shè)置了與料室2連通的澆道7、型腔9、溢流槽(集 渣包)16以及排氣槽15，從而實(shí)現(xiàn)一模兩件，提高了效率。因模具結(jié)構(gòu)組成的細(xì)微差別或名稱差異并不能改變本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，所 有在實(shí)施中沒有獨(dú)創(chuàng)性的有關(guān)模具結(jié)構(gòu)的一些變動均屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。實(shí)施例1一模一件生產(chǎn)代號為CHD111-0202M的鋁合金斜盤，廠家不同斜盤代 號亦不同，本專利不作限定。斜盤投影直徑071.3mm，斜盤傾角17.5°，外 圓垂直厚度12mm，凸臺高度18.9mm。斜盤材質(zhì)A390。首先按照A3卯合 金成分配好所需的各種原材料如純鋁錠、結(jié)晶硅、電解銅、純鎂等，在坩 堝電阻爐內(nèi)熔化。待料全部熔清后，控制到預(yù)定溫度，加入適量的變質(zhì)劑， 并精練15min，然后扒渣靜止，控溫790 81(TC待澆。模具預(yù)熱至150 200°C，正常工作時模具溫度控制在250 30(TC，水基涂料。澆注后合模， 擠壓沖頭上移，將熔液以750mm/s的流速擠入型腔；接著保壓沖頭下移， 施加于80MPa的壓力于型腔頂端，在保持該壓力6s后，從型腔底端施加一 120MPa的壓力，將補(bǔ)縮加壓沖頭壓入熔液中并保持8s;然后抽回補(bǔ)縮加 壓沖頭；在澆道完全凝固后撤除擠壓壓力；在型腔中的熔液完全凝固后撤 除保壓壓力，繼續(xù)冷卻20s后開模取件。本實(shí)施例的生產(chǎn)率25件/小時。鑄 件經(jīng)T6熱處理，機(jī)加工。熱處理后的鑄件組織見附圖4，鑄件組織致密， 初生硅細(xì)小，分布均勻，共晶硅變質(zhì)成點(diǎn)狀或桿狀。鑄件本體抗拉強(qiáng)度測 試大于330MPa,硬度HBS142。鑄件熱處理不起泡、夾雜物含量少，成品綜合合格率^90%。 實(shí)施例2一模兩件生產(chǎn)代號為斜盤代號CHD115-0202M的鋁合金斜盤，廠家不 同斜盤代號亦不同，本專利不作限定。斜盤投影直徑079.4mm，斜盤傾角 22°，外圓垂直厚度14.5mm，凸臺高度22.4mm。斜盤材質(zhì)A390。按照實(shí) 施例1描述的熔化過程處理鋁合金液，澆注后合模，擠壓沖頭上移，將熔 液以800mm/s擠入型腔；接著保壓沖頭下移，施加于80MPa的壓力于型腔 頂端，在保持該壓力8s后，從型腔底端施加一 120MPa的壓力，將補(bǔ)縮加 壓沖頭壓入熔液中并保持8s;然后抽回補(bǔ)縮加壓沖頭；在澆道完全凝固后 撤除擠壓壓力；在型腔中的熔液完全凝固后撤除保壓壓力。繼續(xù)冷卻20s 后開模取件。本實(shí)施例的生產(chǎn)率50件/小時。鑄件經(jīng)T6熱處理，機(jī)加工。 熱處理后的鑄件組織見附圖4，鑄件組織致密，初生硅細(xì)小，分布均勻，共 晶硅變質(zhì)成點(diǎn)狀或桿狀。鑄件本體抗拉強(qiáng)度大于310MPa，硬度HBS140。 鑄件熱處理不起泡、夾雜物含量少，成品綜合合格率290%。實(shí)施例31 一模兩件生產(chǎn)代號為斜盤代號CHD121-0202M的鋁合金斜盤，廠家不 同斜盤代號亦不同，本專利不作限定。斜盤投影直徑079.4mrn，斜盤傾角 17。外圓垂直厚度14.0mm,凸臺高度27.1mm。斜盤材質(zhì)A390。按照實(shí)施例1描述的熔化過程處理鋁合金液，澆注后合模，擠壓沖頭上移，將熔液 以680mm/s的流速擠入型腔；接著保壓沖頭下移，施加于80MPa的壓力于 型腔頂端，在保持該壓力7s后，從型腔底端施加一 120MPa的壓力，將局 部補(bǔ)縮沖頭壓入熔液中并保持10s;然后抽回補(bǔ)縮加壓沖頭；在澆道完全凝 固后撤除擠壓壓力；在型腔中的熔液完全凝固后撤除保壓壓力。繼續(xù)冷卻 20s后開模取件。本實(shí)施例的，生產(chǎn)率50件/小時。鑄件經(jīng)T6熱處理，機(jī) 加工。鑄件組織致密，初生硅細(xì)小，分布均勻，共晶硅變質(zhì)成點(diǎn)狀或桿狀。 鑄件本體抗拉強(qiáng)度大于300MPa，硬度HBS140。熱處理起泡、夾雜物含量 多的鑄件少，成品綜合合格率290%。對比例1市場上銷售的熱模鍛成形的斜盤件T6熱處理組織見圖5，其初生硅細(xì) 小，分布均勻，共晶硅變質(zhì)成點(diǎn)狀或桿狀。T6熱處理后鑄件本體抗拉強(qiáng)度 大于320MPa,硬度HBS140，產(chǎn)品綜合合格率不詳。對比例2按照專利申請文件"一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)鋁斜盤的制造方法"(申請?zhí)?200710026654.1，公開號CN101011732A )所述方法生產(chǎn)代號為 CHD111-0202M的鋁合金斜盤。斜盤投影直徑071.3mm，斜盤傾角17.5°， 外圓垂直厚度12mm，凸臺高度18.9mm。斜盤材質(zhì)A390。按照上述同樣的 灘化工序，病注后嫁照前述操作工序擠壓成形，生產(chǎn)率20~25件/小時。鑄 件經(jīng)T6熱處理，機(jī)加工。熱處理后的鑄件組織見附圖2，鑄件本體抗拉強(qiáng) 度大于300MPa，硬度HBS142。鑄件熱處理起泡、夾雜物含量多，成品綜 合合格率^60%。
權(quán)利要求
1、一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)斜盤的鑄造方法，包括以下步驟1)對待處理的鋁合金料作熔化處理，得到熔液；2)將熔液注入預(yù)熱后的模具料室，合模；3)向料室內(nèi)熔液施加擠壓壓力，使得熔液通過澆道從側(cè)面平穩(wěn)流入型腔；4)熔液充滿型腔后，從型腔垂直方向的一端向熔液施加保壓壓力，使得熔液凝固后得到的鑄件致密；5)在熔液完全凝固前從型腔垂直方向的另一端向熔液的中心處施加補(bǔ)縮壓力，消除凝固后的鑄件中心處的縮松；6)補(bǔ)縮壓力維持4～10s后，取消該壓力；7)待澆道與型腔交接處熔液凝固后取消料室內(nèi)的擠壓壓力；8)型腔中的熔液完全凝固后取消型腔的保壓壓力；9)開模取出鑄件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車空調(diào)壓縮機(jī)斜盤的鑄造方法，其特征 在于，所述步驟3)中熔液以650 1000mm/s的速度從澆道流入型腔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽車空調(diào)壓縮機(jī)斜盤的鑄造方法，其 特征在于，所述步驟5)是在向所述型腔一端施加保壓壓力6 12s后，再向 型腔另一端施加補(bǔ)縮壓力。
4、 一種權(quán)利要求l所述斜盤鑄造方法使用的模具，動模型板(5)貼合在定模型板(4)的上表面，定模型板(4)內(nèi)設(shè)有料室(2)，擠壓沖 頭(1)位于料室(2)內(nèi)；其特征在于，定模型板(4)與動模型板(5) 的接觸面處設(shè)有澆道(7)和型腔(9)，澆道(7)的一端與料室(2)連通， 澆道(7)的另一端與型腔(9)的側(cè)壁連通，型腔(9)的頂部和底部各設(shè) 置一通道，兩通道內(nèi)均設(shè)有沖頭，兩沖頭遠(yuǎn)離型腔(9)的一端各自連接一 個加壓油缸。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的模具，其特征在于，所述型腔(9)通過 溢流槽或集渣包(16)與排氣槽(15)相連通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)斜盤的鑄造方法及模具，該方法向料室內(nèi)的熔液施加擠壓壓力，使得熔液通過澆道從側(cè)面平穩(wěn)流入型腔，熔液充滿型腔后，從型腔垂直方向的一端向熔液施加保壓壓力，在熔液完全凝固前從型腔垂直方向的另一端向熔液的中心處施加補(bǔ)縮壓力，該壓力維持4～10s后取消，待澆道與型腔交接處熔液凝固后取消擠壓壓力，熔液完全凝固后取消保壓壓力，最后開模取出鑄件。本發(fā)明提供的模具主要包括依次連通的料室、澆道和型腔，型腔頂端和底端各設(shè)有一通道，在通道內(nèi)有用于向型腔頂端或底端提供壓力的沖頭。本發(fā)明鑄造的鋁合金斜盤致密、內(nèi)部雜質(zhì)含量少、外觀成形良好、組織細(xì)小、熱處理無氣泡。
文檔編號B22D18/02GK101229581SQ200810046790
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者里 萬, 吳樹森, 羅吉榮 申請人:華中科技大學(xué)