內(nèi)燃機(jī)活塞分步擠壓成形方法及其配套成形模具技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種內(nèi)燃機(jī)活塞分步擠壓成形方法，該方法將坯料在等溫條件下，采用一套模具分兩步擠壓成形：第一步通過(guò)正擠壓方式將毛坯成形出活塞頂部；第二步通過(guò)反擠壓方式將第一步生成的預(yù)成形件成形為活塞。同時(shí)，本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種與上述內(nèi)燃機(jī)活塞分步擠壓成形方法配套的成形模具。本發(fā)明專利技術(shù)的技術(shù)方案可以利用再結(jié)晶超塑性，降低變形抗力，減少能耗，且使組織細(xì)化，提高了活塞的力學(xué)性能，并可以減少設(shè)備噸位與裝置尺寸，降低生產(chǎn)成本，提高成形產(chǎn)品質(zhì)量。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種鋁合金的擠壓成形技術(shù)，特別涉及一種薄壁鋁合金活塞的 制造方法及其配套成形模具。
技術(shù)介紹
活塞是內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零件,其工作環(huán)境極為惡劣。它不僅與內(nèi)燃機(jī)的使用 性能和經(jīng)濟(jì)性息息相關(guān),而且制約著內(nèi)燃機(jī)的可靠性。目前內(nèi)燃機(jī)正向輕質(zhì)、 高速、強(qiáng)化方向發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的增壓比和功率不斷提高，對(duì)活塞的使用性能提出了更高的要求。目前，大部分內(nèi)燃機(jī)活塞采用高含硅鋁合金(如ZL107、ZL108、 ZL109、 ZL110等)材料，常規(guī)工藝為鑄造成形，加工成本較低，但是由于鑄造 工藝的技術(shù)局限性，其產(chǎn)品可能會(huì)出現(xiàn)微縮孔、小氣泡等內(nèi)部缺陷，降低活塞 的機(jī)械強(qiáng)度，為加強(qiáng)鑄造活塞的機(jī)械強(qiáng)度，就要將活塞壁加厚，使重量增加， 嚴(yán)重影響了活塞的性能，不能滿足內(nèi)燃機(jī)性能不斷提高的要求。為了進(jìn)一步減 輕活塞的重量，提高其使用性能，活塞有向薄壁方向發(fā)展的趨勢(shì)，而傳統(tǒng)的鑄 造方法已無(wú)法滿足這種活塞的生產(chǎn)。與傳統(tǒng)鑄造工藝相比，擠壓成形加工方法 可以改善金屬的組織結(jié)構(gòu)，細(xì)化晶粒，提高活塞的物理和力學(xué)性能，從而為進(jìn) 一步減輕活塞的重量，優(yōu)化活塞的結(jié)構(gòu)提供了條件。2006年11月29日公開的專利號(hào)為ZL02816439. 3的國(guó)際專利申請(qǐng)說(shuō)明書 公開了 一種用于內(nèi)燃機(jī)的鍛造活塞及其制造方法。該方法主要介紹了用含硅量 為6-25%的鋁合金進(jìn)行進(jìn)行單向固化鑄造，生產(chǎn)表面具有不同硅晶粒度的毛坯的方法和用該方法生產(chǎn)的對(duì)毛坯進(jìn)行一次鍛壓成形其表面具有不同硅晶粒度 的活塞。但是，對(duì)于薄壁活塞來(lái)講，頂部的截面為圓形，厚度較小，裙部和銷 部組成復(fù)雜形狀的環(huán)形結(jié)構(gòu)，外緣比頂部少了兩個(gè)月牙形部分，裙部壁厚很薄， 銷部壁厚較厚。這種特殊的結(jié)構(gòu)，使其在采用常規(guī)的一次擠壓工藝成形時(shí)，變 形程度很大，金屬的流動(dòng)距離較長(zhǎng)，裙部很難充滿，成品率低，而且，為克服 其變形抗力，需要大噸位的擠壓設(shè)備，對(duì)資源的浪費(fèi)較大，增加了生產(chǎn)成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的任務(wù)是提出一種分步擠壓成形方法及其配套的成形模具以解決 生產(chǎn)時(shí)設(shè)備噸位大，產(chǎn)品成品率低的問(wèn)題。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為 一種內(nèi)燃機(jī)活塞擠壓成形方法，該方法將坯料在等 溫條件下，采用一套模具分兩步擠壓成形第一步，將坯料在模具內(nèi)正擠壓成 形活塞頂部；第二步，用反擠壓方式將第一步生成的毛坯擠壓成形活塞裙部及 銷部。所述坯料為與模具圓模腔直徑相當(dāng)?shù)娘灎蠲骰蚰芊湃氚寄Ｈ萘锨坏膱A 柱狀毛坯或長(zhǎng)條狀毛坯。所述的坯料是鍛造鋁合金或鑄造鋁合金。所述坯料的成形溫度為380 480°C，所述模具在第一步成形前需加溫至與 坯料相同的溫度即380 480。C并保持該溫度。本專利技術(shù)還提供了 一種內(nèi)燃機(jī)活塞分步擠壓成形模具，所述成形模具主要包 括壓頭、凸模、凹模、頂出器、壓板、小頂桿、頂塊、大頂桿、底座、限位螺 栓及頂托彈簧，其中，凸模、凹模與壓頭共同構(gòu)成的模腔的成形部分形狀與所 要成形的活塞結(jié)構(gòu)吻合，模腔中用于成形活塞圓形頂部的部分為圓模腔，用于成形活塞環(huán)形結(jié)構(gòu)的部分為環(huán)模腔，環(huán)模腔中凸模與凹模之間形成的環(huán)形槽的 底部設(shè)置有頂出器，該頂出器上開設(shè)有余料溢出口；凸模安裝在底座的凹槽中 并由壓板固定，限位螺栓上穿裝有頂托彈簧，凹模通過(guò)限位螺栓與底座活動(dòng)連 接，凹模與底座之間設(shè)置有導(dǎo)向裝置，凹模底部與底座之間設(shè)置有可活動(dòng)的墊 高裝置，小頂桿穿過(guò)凸模底部的通孔與頂出器連接并和頂塊、大頂桿共同構(gòu)成 頂出機(jī)構(gòu)。所述的墊高裝置為由設(shè)置有滑槽的壓板導(dǎo)滑并可在底座與凹模底部之間 滑動(dòng)的活動(dòng)墊塊。所述的活動(dòng)墊塊的底部通過(guò)球副與撥桿的頂端活動(dòng)連接，撥桿通過(guò)圓銷鉸 接在底座上；所述大頂桿的外緣設(shè)置有溝槽，撥桿的另一端穿過(guò)底座開設(shè)的透 孔伸入大頂桿開設(shè)的溝槽內(nèi)，活動(dòng)墊塊的外端面連接有水平拉伸彈簧，拉伸彈 簧的另一端連接在底座上。所述的導(dǎo)向裝置為在凹模外圍底面固設(shè)的與底座上的導(dǎo)向孔滑動(dòng)配合的 導(dǎo)向桿。所述凹模的外面設(shè)置有電爐絲加熱爐，采用溫控裝置控溫。 采用上述分步擠壓成形方法及其配套模具，具有以下實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯 著技術(shù)進(jìn)步1、 第一步通過(guò)正擠壓將坯料先成形模具的頂部，第二步通過(guò)反擠壓方式 (坯料相對(duì)于凸模的流動(dòng)方向)將第一步成形的毛坯擠壓成形活塞的裙部和銷 部，優(yōu)化了成形工藝，通過(guò)分步成形，使每一步的變形程度減小，因而減少了變形抗力，最大成形力只有常規(guī)正擠壓的50%。2、 本專利技術(shù)的兩步成形方法只需使用一套模具，自動(dòng)化程度高，脫模方便，生產(chǎn)率高。3、 成形壓力的減小，使模具尺寸減小，設(shè)備噸位顯著降低，生產(chǎn)成本下降。4、 利用再結(jié)晶超塑性，降低了變形抗力，減少了能耗，且使組織細(xì)化， 提高了制件的力學(xué)性能。5、 采用等溫?cái)D壓，產(chǎn)品尺寸精度和表面精度高，易于成形，材料利用率高。6、 本專利技術(shù)提出的薄壁活塞成形方法及裝置，主要用于鍛造鋁合金毛坯的 成形，也可用于鑄造鋁合金毛坯的成形。附圖說(shuō)明圖1是一種薄壁活塞成形方法的工藝流程圖。 圖2是分步擠壓成形模具原理示意圖。 具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖就具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示， 一種薄壁活塞成形方法的工藝流程為，制坯——正擠壓成形 活塞頂部——反擠壓成形活塞裙部和銷部。1、 選擇鍛造或鑄造鋁合金下料，制成體積與所要成形的活塞件相當(dāng)或略 大且其直徑與凹模圓模腔直徑相符的毛坯。2、 將毛坯預(yù)熱到120 160°C ，在其表面涂潤(rùn)滑劑后加熱到成形溫度380 48(TC并保溫；將模具加熱到與坯料成形溫度一致的溫度。3、 將加熱好的毛坯放入模具中，采用正擠壓方式使毛坯產(chǎn)生塑性流動(dòng)成 形出活塞頂部，多余的金屬流入容料腔，從而完成第一步成形。4、用反擠壓方式使容料腔內(nèi)的金屬流向環(huán)形槽而成形活塞裙部和銷部， 實(shí)現(xiàn)第二步成形。該工藝方案是根據(jù)薄壁活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定的成形工藝方案，便于金屬的 流動(dòng)成形，減少金屬的流程，采用兩步成形方案，第一步成形為第二步成形準(zhǔn)備毛坯， 一方面正擠壓工序的變形程度只有50%左右，因而擠壓成形力較低； 另一方面通過(guò)變形儲(chǔ)存能量，可以在后續(xù)變形過(guò)程中通過(guò)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶超塑性細(xì) 化晶粒。反擠壓工藝成形活塞裙部及銷部，不僅減小了成形時(shí)的坯料流動(dòng)行程，使 單位壓力減小，而且將與凹模產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件由上壓頭變成了下凸模，截 面尺寸顯著減小，因而成形力只有常規(guī)正擠壓的2/3。如圖2所示，本專利技術(shù)的活塞擠壓成形模具，主要包括壓頭l、凸模4、凹 模5、頂出器6、壓板7、導(dǎo)向桿8、小頂桿9、頂塊IO、大頂桿ll、底座12、 圓銷13、撥桿14、限位螺栓15、拉伸彈簧16、頂托彈簧17及活動(dòng)墊塊18， 其中，凸模4、凹模5與壓頭1共同構(gòu)成的模腔的成形部分形狀與所要成形的 活塞結(jié)構(gòu)吻合，模腔中用于成形活塞圓形頂部的部分為圓模腔，用于成形活塞 環(huán)形結(jié)構(gòu)的部分為環(huán)模腔，環(huán)模腔中凸模4與凹模5之間形成的環(huán)形槽的底部 設(shè)置有頂出器6，頂出器6上開設(shè)有余料溢出口，余料溢出口下部設(shè)有余料腔； 凸模4安裝在底座12上并由帶有滑槽的壓板7固定，凹模5通過(guò)限位螺栓15 與底座活動(dòng)連接，限位螺栓15上穿裝有頂托彈簧17。凹模5外圍底部設(shè)有導(dǎo) 柱8，導(dǎo)柱8與底座開設(shè)的導(dǎo)柱孔滑動(dòng)配合構(gòu)成導(dǎo)向裝置。凹模5底部與底座 12之間設(shè)置有可移出移入的墊高裝置，該墊高裝置為由壓板7導(dǎo)滑并在凹模5 與底座12之間滑動(dòng)的活動(dòng)墊塊18。小頂桿9穿過(guò)凸模4底部的通孔與頂出器6本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種內(nèi)燃機(jī)活塞擠壓成形方法，其特征在于，該方法將坯料在等溫條件下，采用一套模具分兩步擠壓成形：第一步，將坯料在模具內(nèi)正擠壓成形出活塞頂部；第二步，用反擠壓方式將第一步生成的預(yù)成形件擠壓成形為活塞。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊茜，虞跨海，楊永順，郭俊卿，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：41[中國(guó)|河南]