一种压缩机曲轴半固态挤压铸造成形模具及成形工艺

摘要

一种压缩机曲轴半固态挤压铸造成形模具及成形工艺，模具包括上模和下模，上模和下模合模形成封闭空间为压缩机曲轴挤压铸造件的型腔，冲头穿过下模中心部位的孔进入型腔，上模模板通过压杆和上模顶部的凸台部位固定连接，型芯的顶部通过螺纹连接固定在上模模板上，活塞杆穿过上模模板的中心，活塞杆下部的法兰端与加压板螺纹连接，带动加压板在上模上部的凹槽空间内活动，加压板底面连接有环形凸台，型芯穿过环形凸台的中间孔，并插入模具型腔的顶部，成形工艺采用半固态浆料进行充型，浇注温度低，充型过程平缓，并且采用挤压铸造的办法进行成形，具有材料利用率高、成形模具寿命长、成形件组织致密、生产效率高的优点。

说明书

技术领域

本发明属于压缩机曲轴成形技术领域，具体涉及一种压缩机曲轴 半固态挤压铸造成形模具及成形工艺。

背景技术

目前压缩机曲轴生产主要采用金属型重力铸造的办法，由于有较 大的浇冒口系统，材料利用率低，废品率高，铸件的加工量大，生产 效率低。

半固态成形技术起源于20世纪70年代，经历从基础研究、技术 开发、设备研制，目前已经进入工业化应用阶段。与液态金属铸造相 比，半固态金属有一定体积分数的球状初生固相，半固态金属成形零 件致密、力学性能高、机械加工量少、模具寿命长；与固态金属锻造 相比，半固态金属含有一定体积分数的液相，半固态金属成形零件复 杂、易于近净成形、机械加工量少，因此半固态成形技术研究及应用 引起世界各国的高度重视。

半固态成形与挤压铸造一起构成了一个各有所长、互相补充的加 工体系，能充分利用外在压力的优势，完成凝固补缩，消除各种缺陷， 获得形状尺寸各一、性能要求各异的制件。

目前还没有见到将半固态成形技术应用于压缩机曲轴生产领域 的相关报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种压缩 机曲轴半固态挤压铸造成形模具及成形工艺，具有材料利用率高、成 形模具寿命长、成形件组织致密、生产效率高的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种压缩机曲轴半固态挤压铸造成形模具，包括上模6和下模8， 上模6和下模8分别固定在挤压铸造机的上、下模座上，上模6和下 模8合模形成封闭空间为压缩机曲轴挤压铸造件7的型腔，型腔内中 心位置为分流锥，冲头10穿过下模8中心部位的孔进入型腔，上模 模板4通过压杆2和上模6顶部的凸台部位固定连接，型芯3的顶部 通过螺纹连接固定在上模模板4上，活塞杆1穿过上模模板4的中心， 活塞杆1下部的法兰端与加压板5螺纹连接，带动加压板5在上模6 上部的凹槽空间内活动，加压板5底面连接有环形凸台，型芯3穿过 环形凸台的中间孔，并插入模具型腔的顶部。

一种压缩机曲轴半固态挤压铸造成形工艺，包括以下步骤：

第一步，将压缩机曲轴所需的金属原料灰铸铁或者球墨铸铁进行 熔化；

第二步，将熔化后的灰铸铁或者球墨铸铁制成固相分数为 0.3~0.5之间的半固态浆料；

第三步，将压缩机曲轴成形模具和挤压铸造设备的料筒进行预热 到300~400℃，并将压缩机曲轴成形模具的上模6、下模8合模，调 整成形模具的加压板5的位置使加压板5上面的凸台顶在模具型腔的 上部；

第四步，将半固态浆料倒入挤压铸造成形设备的料筒中，或将制 备好的半固态浆料凝固，进行二次重熔并控制半固态浆料固相分数为 0.3~0.5之间后倒入挤压铸造成形设备的料筒中；

第五步，调整压头10以0.05~0.25m/s的速度推动挤压铸造成形 设备料筒中的半固态浆料对型腔进行充填；

第六步，充填完成后压头10继续施加80~100Mp压力，对半固 态浆料进行保压10~25s，同时对加压板5施加80~100Mp压力，并保 压10~25s，使压缩机曲轴细长轴的末端在压力下凝固；

第七步，保压结束后，上模6在压杆2的作用下往上运动，与下 模8分开，在上模6上升的同时，加压板5也做同步运动，当上模6 移动到高于曲轴铸件的高度时，活塞杆1带动加压板5向下运动实现 压缩机曲轴铸件7的脱模；

第八步，将压缩机曲轴铸件7的浇口和流道进行切割，并通过机 加工、热处理得到两个以上的压缩机曲轴件。

本发明具有以下优点：

1、利用半固态挤压铸造工艺成形曲轴液锻件可以实现近净成形， 铸件的力学性能好，加工余量少，缩松缩孔缺陷少，成品率高。另外 成形温度低，成形过程很半固态浆料流动呈层流状态，对金属模具冲 击小，模具寿命提高。

2、曲轴半固态挤压铸造模具可以实现对细长轴部位的加压，减 小了成形力，并且使铸件的缺陷大幅减少。该模具采用间接液锻成形， 可实现一模多件成形，生产效率高。

附图说明

附图为本发明成形模具的半剖图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照附图，一种压缩机曲轴半固态挤压铸造成形模具，包括上模 6和下模8，上模6和下模8分别固定在挤压铸造机的上、下模座上， 上模6和下模8合模形成封闭空间为压缩机曲轴挤压铸造件7的型 腔，型腔内中心位置为分流锥，将半固态浆料分到周向分布压缩机曲 轴件型腔中，可以用来成形2个以上的压缩机曲轴，冲头10穿过下 模8中心部位的孔进入型腔，将挤压铸造成形设备料筒上的浆料推入 型腔，并在充填完成后进行保压，形成压缩机曲轴挤压铸造件7，上 模模板4通过压杆2和上模6顶部的凸台部位固定连接，起到锁紧模 具和分离模具的作用，型芯3的顶部通过螺纹连接固定在上模模板4 上，活塞杆1穿过上模模板4的中心，活塞杆1下部的法兰端与加压 板5螺纹连接，带动加压板5在上模6上部的凹槽空间内活动，加压 板5底面连接有环形凸台，在成形时，活塞杆1可以带动加压板5对 压缩机曲轴细长轴末端挤压，并且可以在压缩机曲轴铸件脱模时起到 顶出铸件的作用，型芯3穿过环形凸台的中间孔，并插入模具型腔的 顶部，用来形成曲轴上面的孔。

一种压缩机曲轴半固态挤压铸造成形工艺，包括以下步骤：

第一步，将压缩机曲轴所需的金属原料灰铸铁或者球墨铸铁进行 熔化；

第二步，将熔化后的灰铸铁或者球墨铸铁制成固相分数为 0.3~0.5之间的半固态浆料；

第三步，将压缩机曲轴成形模具和挤压铸造设备的料筒进行预热 到300~400℃，并将挤压铸造成形设备成形模具的上模6、下模8合 模，调整成形模具的加压板5的位置使加压板5上面的凸台顶在模具 型腔的上部；

第四步，将半固态浆料倒入挤压铸造成形设备的料筒中，或将制 备好的半固态浆料凝固，进行二次重熔并控制半固态浆料固相分数为 0.3~0.5之间后倒入挤压铸造成形设备的料筒中，浆料半固态固相分 数的控制是半固态成形很关键的一个参数，固相分数太低，则浆料初 始粘度很大，并且凝固很快，无法完成充填，固相分数太高，则成形 后的组织粗大，球状不好；

第五步，调整压头10以0.05~0.25m/s的速度推动挤压铸造成形 设备料筒中的半固态金属液对型腔进行充填，压头10速度的选择是 很关键的一个参数，压头速度过快，将会导致半固态浆料在流动过程 中发生喷溅和紊流，铸件将会发生卷气，夹杂等缺陷，压头速度太慢， 则半固态浆料凝固，无法充填完成；

第六步，压力的作用是对工件进行补缩，消除铸件缺陷，保压压 力的大小取决于材料的种类和性质及铸件的大小、形状、高度等因素， 压缩机曲轴属于长轴类零件，高径比大，在挤压铸造的时候，金属液 流经这个区域的时候，压力损失很大，无法很好补缩，所以很容易产 生缺陷，如果靠加大压头压力来使这段补缩，压头的压力将会很大， 会加大设备的投入，通过在长轴端加加压板的办法，即可以使曲轴的 长轴端得到补缩，还可以降低压头的压力，半固态浆料填充完模具型 腔以后，根据生产设备情况，尽快开始加压，充填完成后压头10继 续施加80~100Mp压力，对半固态浆料进行保压10~25s，同时对加压 板5施加80~100Mp压力，并保压10~25s，使压缩机曲轴细长轴的末 端在压力下凝固；

第七步，保压结束后，上模6在压杆2的作用下往上运动，与下 模8分开，在上模6上升的同时，加压板5也做同步运动，当上模6 移动到高于曲轴铸件的高度时，活塞杆1带动加压板5向下运动实现 压缩机曲轴铸件7的脱模；

第八步，将压缩机曲轴铸件7的浇口和流道进行切割，并通过机 加工、热处理得到两个以上的压缩机曲轴件。