挤压铸造模具的设计及工艺研究武汉理工大学20120621.docx

挤压铸造模具的设计优化及工艺研究挤压铸造模具的设计优化及工艺研究摘要摘要随着机械工业的发展，挤压铸造模具技术在国内得到了很大的发展，特别是在汽车、摩托车行业得大很大的应用。同时人们对于挤压铸造模具的准确性与合理性提出了更高的要求。“挤压铸造”国内外也称“液态模锻”是一种介于铸造与锻造之间的优质、高效、节能的工艺方法，它既能接近甚至达到同种合金锻件的内部组织和力学性能，又能实现高效率的大批是生产，与普通压铸件相比，可较大程度的提高力学及使用性能，与普通锻件相比，又可节约能源。然而毕竟挤压铸造工艺的发展时间不是很长，一些已有的挤压铸造工艺模具工艺和结构上有稍微的不合理。找出这写不合理的地方，对其进行修改和研究，便于提高挤压铸造零件的性能，甚至能够提高生产效率。本论文主要是对已有的挤压铸造模具（间接挤压和直接挤压）的工艺参数的研究和结构参数的优化，在分析已有模具结构的基础上，对于不合理的结构提出自己的修改意见，列出简单明了的结构参数表和工艺参数表，准确的表达出模具的工作原理，最后得出自己的结论。关键字：挤压铸造模具 工艺参数 结构参数 直接挤压 间接挤压 优化AbstractWith the development of machinery industry,the squeeze casting moldtechnology in the country has been greatly developed,especially in the automotive,motorcycle industry have great application.People put forward higher requirementsfor the accuracy and rationality of the squeeze casting mold.Squeeze casting at homeand abroad also known as liquid forging is a cross between the casting and forgingquality,efficient,energy-efficient technologies and methods,it not only close to oreven reach the internal microstructure and mechanical properties of the alloyforgings,can achieve high efficiency,a large number is the production,compared withordinary die-casting,can improve the mechanics and the use of a greater degree ofperformance,compared with the ordinary forging,but also save energy.After all,the squeeze casting process development time,however,is not verylong,have squeezed a little unreasonable in the casting process mold processes andstructures.Find out where this write unreasonable,modify and research,and easy toimprove the performance of squeeze casting parts,or even be able to improveproduction efficiency.In this paper,the existing squeeze casting mold(indirect extrusion and directextrusion)the optimization of process parameters and structural parameters,based onanalysis of existing mold structure,unreasonable structureamedments,list of simplestructural parameter table and the process parameters table,an accurate expression ofthe working principle of the mold,and finally draw their own conclusions.Keywords:squeeze casting mold,process parameters,structural parameters,direct extrusion,indirect extrusion第一章第一章 绪论绪论1.1 研究目的及其意义研究目的及其意义挤压铸造（squeeze casting）是对铸型型腔中的液态或半液态的金属施加较高的机械压力，使其成型凝固，从而获得铸件的一种铸造方法，根据挤压铸造时合金液的流动状况及挤压铸造力的形式，挤压铸造可以分为直接挤压铸造（directsqueeze casting）和间接挤压铸造（indirect squeeze casting）两种基本形式。直接挤压铸造是指：在挤压铸造时，浇入挤压铸造模内的合金液在凸模（压头）的压力作用下，迅速流动而充型，接着在较高的压力下凝固并产生少量的塑性变形。间接挤压铸造是指：合金液在压力作用下，通过内浇道压入型腔，充型、凝固而获得产品的挤压铸造方式。然而我的毕业设计题目是挤压铸造模具的设计优化及其工艺研究，在了解挤压铸造工艺的基础上，对已有的挤压铸造模具进行优化模具结构参数和生产工艺参数，绘制模具结构图。挤压铸造工艺是介于铸造和锻造之间的一种新的工艺方法，它兼有铸造和锻造二者的一些优点。挤压铸造件具有：组件尺寸精度高，表面质量好；无缩孔缩松气孔等缺陷；能得到有效的补缩；不设浇注冒口系统，减少了液态金属的消耗。1.2 与压力铸造相比具有以下特点与压力铸造相比具有以下特点压力铸造时，金属在高压作用下以极快的速度充填铸型，卷入气体，型腔里的空气也难全部排出，铸件中气体的含量较多，不能热处理。挤压铸造时金属液直接浇入型腔中而不经过浇注系统，吸气少，铸件可进行热处理。压力铸造时，金属液的流程长，冷却凝固快，而且浇道里的金属液比铸件先凝固，压力不可能维持到铸件结晶凝固终了，铸件得不到补缩，因此，铸件厚壁处的组织难以致密，晶粒也较粗大；挤压铸造时没有浇注系统，金属液在压力作用下充型、结晶凝固，补缩效果好，晶粒较细，组织致密、均匀。压力铸造的模具结构复杂，加工工时多，加工费用高，金属的利用率低；挤压铸造的模具结构较简单，加工费用较低，寿命较长，金属的利用率较高。1.3 与锻造相比具有一些特点与锻造相比具有一些特点锻件的力学性能一般比挤压铸件高，但通常存在各向异性，尤其是塑性指标在纵向与横向之间的差别很大，横向低很多，限制了锻件的应用；挤压铸件的力学性能虽稍低于锻件，但只要工艺正确，其力学性能可接近或达到锻件的水平，且各向性能均匀。挤压铸件的成形是靠压力作用在封闭的型腔里的液态金属，使其结晶凝固而成的，而锻件是压力作用在固态金属上形成的。前者所需的压力比后者小得多，所需设备的功率比锻造小 65%75%。挤压铸造为一次成形，生产率高，劳动强度较低，能源消耗低。挤压铸件的尺寸精度比锻件和熔模精密铸件高，表面粗糙度相比之下也最低，加工余量小，一般为 0.52mm，因此，所用的金属料少，成本较便宜。锻件要达到上述的尺寸精度和表面粗糙度是相当困难的。挤压铸造适用于多种合金材料，包括铸造铝合金、锌合金、铜合金、铸铁、铸钢以及部分变形合金，而锻造的材质却很有限。挤压铸造也有自身的缺点，主要是：（1）不能使用砂芯。（2）挤压铸造件侧壁厚一般不小于 5mm。（3）适宜的铸件尺寸取决于施加的压力，对于现行最大的设备（15000kN），设计面积不大于 1200cm2。（4）投资高，一般适宜大批量生产。（5）与压铸相比，铸型寿命低。（6）铸件形状复杂度有一定的限制。（7）由于具有较陡的温度梯度，铸件有时会出现所谓的偏析；当表面偏析较严重时，结晶温度低于随后所要求的热处理温度。1.4 挤压设备现状挤压设备现状据统计目前世界各国进行挤压铸造生产的各种液压机大约有 1000 台。各国挤压铸造总数也压铸机相比还是很少的，而且很不也很不均匀，较集中在亚洲地区，其中主要是日本。近年来，挤压铸造机有快速增加的趋势。例如，在日本大多数压铸厂都配有一定数量的挤压铸造机。欧美各国，由于其压铸设备（如实时控制、真空压铸等）和锻压设备水平较高，过去对挤压铸造的发展相对不够重视，但近年来有明显改变。大部分的压铸机生产厂家在普通卧室压铸机上推出挤压铸造新技术。我国的挤压铸造设备发展一直很慢，至今都没有开发出高水平的挤压铸造机。这是制约我国挤压铸造发展的最大瓶颈。在国内，由于近年来摩托车行业利润下降，使用部分对于挤压驻扎的液压机改做他用，以至于现存于挤压铸造机的液压机有所减少。1.5 挤压铸造模具的现状挤压铸造模具的现状目前，影响我过挤压铸造发展的主要因素是：挤压设备的性能满足不了挤压铸造工艺的要求。由于我过尚未开发出挤压铸造工艺要求的专用或者通用挤压铸造机，在一定程度上制约了挤压铸造技术的发展。当某项工艺技术发展到一定程度后，必须配置相应的设备。否则，就会影响先进工艺技术的应用和推广。目前国内从事挤压铸造的企业仍采用普通液压机来生产挤压铸造件，某些工艺参数的选取缺少标准规范，很难保证铸件质量的稳定性。由于挤压铸造具有以上的特点，兼有铸造和锻造的优点，特别是：挤压铸造件的尺寸精度高，铸件的加工余量小；金属利用率高；铸件组织致密晶粒细化；因此设计的挤压铸造模具广泛的应用于一些力学性能要求高的气密性好的厚壁铸件，比如：汽车、摩托车的铝轮毂、发动机的铝活塞、铝缸体、铝缸头、铝传动箱体、减震器、制动器铝铸件、压缩机、气压机，各种泵体的铝铸件，自行车的曲轴、方向轴、车架接头、前叉接头、铝镁或者锌合金光学镜架、仪表及计算机壳体件、铝合金压力锅、炊具零件、铜合金轴套及铝基复合材料等。1.6 目的及其意义目的及其意义由于一些挤压铸造模具存在的一些问题，对于已有的一些挤压模具结构进行改进或者对其工艺参数进行优化，有助于铸件性能的提高。本设计主要是在设计挤压铸造模具的基础上对挤压铸造模具进行优化：分析零件的形状、结构、精度和各项技术指标；选择挤压铸造方式，修改模具结构、确定分型面、浇口位置和浇注系统的总体布置方案，绘制制件毛坯图。对于已有的挤压模具进行优化模具的结构参数和生产工艺参数，提出自己的意见对模具进行优化和改进，这样对与提高制件的各种性能要求具有大的用处。第二章第二章 摩托车铝轮毂挤压铸造模具的设计摩托车铝轮毂挤压铸造模具的设计2.12.1 挤压铸造铝轮毂挤压铸造铝轮毂80 年代中期我国摩托车铝轮毂的生产主要采用低压铸造、金属型铸造、压力铸造，而挤压铸造摩托车铝轮毂 90 年代初首先由五二研究所研制开发成功，并申报国家专利。当时有多家工厂引进该技术，形成了一定的生产规模。这是因为用挤压铸造生产铝轮毂较之其它铸造工艺具有以一定的优越性，主要体现在：设备投资低于低压铸造和压力铸造，高于金属型铸造，生产效率低于压力铸造而高于低压铸造和金属型铸造；而产品质量均高于其它几种铸造工艺，且价格适中，受到主机厂的欢迎。因此，用挤压铸造工艺生产汽车、摩托车铝轮毂有较强的竞争力。摩托车了铝轮毂要能够承受很大的压力，其用途要求它具有很好的力学性能。根据挤压铸造的特点，铸件致密、缺陷少，晶粒细，完全能够满足摩托车轮毂的受力条件和应用条件。故选用挤压铸造比较的合适。2.22.2 模具工作原理模具工作原理挤压铸造工艺生产的摩托车铝轮毂，已使用了立式和卧式的两种挤压铸备。图 为一种立式挤压铸造模具图，所使用的设备是合模力为 35005000kN 四柱通用液压机。其工作原理如下。铝液浇注前分型面I-I为闭合状态，分型面II-II为打开状态。挤压头 2 处于下位。待铝液浇入料缸 3 后，迅速闭合分型面II-II，并将缸压力升至额定高压，再启动下顶缸将挤压头 2 上推，将料缸中铝液通过浇口分流锥 14 推入型腔中充型并保压，待保压完毕后，上、下油缸并将分型面II-II打开，并拉断内浇道，继续上推挤压头 2，并将料饼从料缸中推出。待清理、喷涂完料缸 3、挤压头 2 上后，将分型面II-II关闭，再启动油压机活动横梁回程，将分型面I-I打开，此时铸件被四个滑块 17 抱住也带在上模上。随着分型面I-I不断打开，斜销 6 将四个滑块 17 水平方向打开，并与铝轮铸件脱离，待活动横梁升至一定高度后，退料板 11 触及推杆 19.通过推料杆 15，将铸件从模芯 8 上推下取出。待型腔被清理、喷涂完后，再闭合I-I，开始下一个生产流程。图 2-1 摩托车铝轮毂挤压铸造模具图（立式）1.铸件 2.挤压头 3.料缸 4.底板 5 垫板 6.斜销 7.下模芯 8.上模芯 9.上模垫板 10.固定板 11.推料板12.上板 13.复位杆 14.分流锥 15.推料杆 16.导柱 17.滑块 18.垫块 19.推杆2.32.3 工艺参数和结构参数的选择工艺参数和结构参数的选择工艺参数的选择正确与否对于铸件的影响是很大的。比如充型速度，太低会导致铸件有缩孔缩松表面会产生冷隔、斑纹和缺肉等铸造缺陷，然而太高，有可能型腔内的气体不及排出，造成气卷，铸件内部就会出现气孔、针孔等缺陷。因此要根据实际的需要和铸件的一些性能要求选择合理的工艺参数。表给出了摩托车铝轮毂挤压铸造的工艺参数。至于结构参数来说，本模具的一些结构参数也是很重要的，例如模具间隙，导柱与导套之间的配合，压头和压套的配合，开模方式，都有可能影响铸件的一些性能，或者影响生产效率。表给出了结构工艺参数。因此选择合理的工艺参数和结构参数是非常恶毒重要的。表 2-1 摩托车铝轮毂挤压铸造工艺参数型号压力/MPa保压时间/s升压时间/s模具温度/浇注温度/涂料161880120152515150250680720水剂胶体石墨表 2-2 摩托车铝轮毂挤压铸造模具的结构参数冷却方式加热方式推杆件配合型面排气间隙空冷红外线0.080.20.070.3脱模斜度分流锥材料拔芯机构脱模方式1H13斜销下缸顶出2.42.4 提出修改意见提出修改意见根据研究和和对制件性能的测试测试结构如下表表面挤压铸造摩托车铝轮毂的工艺参数是完全合理正确的，能够很好的满足其性能要求。铸造出来的制件组织致密力、学性能好。表 2-3 摩托车铝轮毂挤压铸造力学性能但是我觉得其模具结构稍显复杂,应该进行一修改使其更加的简单，这样对于模具的制造，并能减少费用。本模具结构左右基本的对称，然而我认为左边的滑块是可以改为小滑块的，并且斜销 6 可以改为一导杆。这样以来小滑块要是因长期的挤压而磨损的话，便于更换。修改图如下图示。图 2-2 滑右边块部分修改示意图2.52.5 结论结论(1)采用挤压工艺可以生产各种摩托车铝合金轮毂,其质量明显优于一般重力合金材料热处理5/%b/MPa硬度/HBZL101T62251大于等于 70铸造和低压铸造,生产效率高于差压铸造,是生产高档摩托车铝轮毂很有发展前途的工艺方法。(2)二次水平分型模具结构具有挡渣作用,是获得优质铝轮毂的关键之一。(3)修改后的模具结构紧凑简单，降低了模具制造费用。第三章第三章 起重电机壳体挤压铸造模具工艺研究起重电机壳体挤压铸造模具工艺研究3.起重电机壳体挤压铸造模具设计起重电机壳体挤压铸造模具设计PK 系列环链起重电机壳体是电机的主体部件，材质为铝合金，国内外采用压铸工艺生产该零件的较多，所用设备吨位为 8000kN，设备投资较大。我们采用的是挤压铸造工艺，在 3150kN 油压机上生产出了合格零件，经检测，产品质量达到设计要求，已大批量生产，生产节拍为壳体每件 60120 秒；取得了较好的经济效益。图 3-1 为 PK 系列 3P/13 型电机壳体。壳体内部镶有硅钢片，它是经预叠压后放入模具再挤压铸造成形的。由于合金收缩包紧硅钢片使之成为一整体，所以电机工作时温升小，散热条件好，起重扭矩大，是一种节能型起重电机。3.1 模具结构特点和工作原理模具结构特点和工作原理3.1.1 模具结构特点模具结构特点模具设计采用斜销抽芯四开模，模具结构如图 3-2 所示。压板 6 和压柱 9 通过螺钉固定在动模盖板 10 上，假轴 3 和分流锥 13 通过螺纹连接（生产中几个备件轮换使用）。轴套 2 和压环 7 通过螺钉连接，以减少耐热合金钢用量。通过调整小圆螺母 1 的松紧度可调整弹簧 5 压在轴套上的预紧力，此力对防止液态金属在挤铸时进入壳体表面及镶槽内非常重要，因硅钢片在每次叠压时的预紧力大小不完全相同，所以其高度也不尽相同，有很大的误差，模具设计时有意在轴套台阶与动模板 11 处留有 1.5 一 2mm 间隙，以克服芯片叠压后产生的高度误差，这样只要叠压的硅钢片（芯片）在规定的公差之内就不会造成壳体中间芯进铝现象。采用斜销 19 拨动滑块 20 实现侧向开（抽芯）合模。为防止挤铸时胀模，利用楔紧块 21 锁紧滑块，为避免楔紧块锁模时移动，采用一长条形凸台定位。定定模 16 既是成形零件又与压 17 组成压室，通过螺钉固定在模板条形凸条形凸台定位.定模 16 既是成形零件又与压 17 组成压室，通过螺钉固定在模板 14 上。压头与顶杆 18 用螺纹连接，固定在油压机顶出缸活塞上。模具定位采用导柱导套结构（图 2-2 没有画出）。型腔侧面排气间隙控制在 0.08 一 0.12mm，整个模具结构较紧凑，开合模活动自如，使用效果良好。3.1.2 模具工作原理模具工作原理模具调整好后，用压板螺钉将模具的动、定模分别固定在油压机活动横梁上和工作台上。工作前先将模具的成形零件表面预热 100 一 120（采用红外线板预热）。将熔炼好的铝合金液浇入到由定模块 16 和压头 17 组成的压室中，预紧的芯片 22 套入假轴 3 并放在定模块上。油压机活动横梁带动模具压板 6、动模图 3-1 电机壳体图 3-2 电机壳体挤压铸造模具图1.小圆螺母 2.轴套 3.假轴 4.盖板 5.弹簧 6.压板 7.压环 8.动模块 9.压柱 10.动模盖板 n 动模板12.电机壳体 13.分流锥 14.定模板 15.定模座 16.定模块 17.压头 18.顶杆 19.斜销 20.滑块板 n 等零件合模，此时假轴 3 插人轴套 2 中，轴套上的压环 7 压紧在预紧后的芯片 22 上，斜销 19 将 4 个滑块 20 拨到预定位置，楔紧块 21 锁紧滑块。油压机的下油缸推动顶杆 18 和压头 17 向上运动，压室中的合金液在压力作用下通过浇道充满型腔，经充分保压后，下油缸卸压，油压机上活动横梁带动模具的动模零件卸压回程，由于制件筋片的阻力作用，挤铸好的零件同假轴一起留在定模块上，顶出缸（下油缸）再将制件、余料及假轴顶出模具。取出假轴和制件，用专用工具将假轴和制件分离，同时切断内浇口，去掉余料，喷刷涂料，浇入合金液，便可进行下一个工作循环。工作节拍每件一般在 1 一 2min，产品合格率在 98 以上，只是在开始时模具温度较低，制件上花纹较重，当模具达到规定的工作温度时（150 一 250），挤铸出的制件轮廓清晰，表面光洁，内外质量优良，无任何缺陷，完全达到设计要求。3.3 模具结构参数及工艺参数模具结构参数及工艺参数模具结构参数的制定是模具设计中的重点，它关系到模具的使用寿命、生产率、制件质量等，而工艺参数是获得优质制件，发挥压机最大生产率的先决条件，是正确设计挤压铸造模具的依据。表 给出了 3P/13 起重电机壳体挤压铸造模具结构参数和工艺参数。表 3-1 3P/13 电机壳体挤压铸造模具的工艺参数和模力/kN锁模力/kN压射力/kN压射比压/kN充填时间/s2000728350701.8保压时间/s浇注温度/压射速度/ms-1充填速度/ms-1涂料类型8206707300.0652油基石墨表 3-2 3P/13 电机壳体挤压铸造模具的结构参数模具结构形式脱模方式拔芯机构分型方式四开模下缸顶出斜销侧面分型模芯材料模框材料挤压方式运动件配合间隙/mmH1345 钢下顶式间接挤铸0.080.23.4 提出修改意见提出修改意见由于保压时间一般应控制到铸件完全凝固为止，保压时间过短，当铸件心部凝固时就泄压，则会使得心部得不到补缩，则会出现缩松、缩孔缺陷。所以在该起重机外壳的挤压铸造的工艺参数中的保压时间应稍微的加大，我认为在2030s比较的合适。该模具的结构完全合理，符合生产要求。3.5 结论结论(1)用挤压铸造代替压力铸造生产 PK 系列电机壳体是可行的，制件的质量完全达到或超过国外同类产品（样品）水平。(2)挤铸所用的设备为油压机，模具安装、调整较方便，稳固可靠。设备投资减少 20%，利用率高（油压机还可用于其它工作）。(3)经生产实践验证，该模具结构紧凑，设计合理，各项结构参数的选取恰当，满足了生产要求。第四章第四章 挤压铸造汽车主缸的模具设计挤压铸造汽车主缸的模具设计4.1 挤压铸造主缸的模具结构原理及特点挤压铸造主缸的模具结构原理及特点模具结构如图 4-1 所示，其动作原理是：将液态金属浇注到压套 10 内；两个侧油缸推动滑块 6 和型腔块 4 合模；油压机上横梁带动动模板 11、模柄 12、型芯 1、压柱 2 和锁模块 3 压紧在滑块和型腔块上（锁模）；接着压机下油缸推动顶杆 9 和压头 8 将液态金属压入型腔；经充分保压后，压机下油缸带动顶杆和图 3-1 制动主缸体挤压铸造模具图1.型芯 2.压柱 3.锁型块 4.型腔块 5.推杆 6.滑块 7.侧油缸 8.压头 9.顶杆 10.压套 11 型柄 12.动模压头退回；上油缸带动锁模块等零件卸压回程，并完成抽芯动作。然后两个侧油缸再将滑块和型腔块打开，推料杆 5 将工件顶出；喷刷涂料后，即可实现下一个工作循环。此种模具结构特点是：液态金属是在高压下充满型腔的，制件成形容易，棱角非常清晰。由于金属液充型时速度比较低，所以，气体的排除较容易。制件经固溶处理和人工时效后，进行宏观检查和微观分析未发现任何缺陷。4.2 挤压铸造主缸的工艺参数和模具结构参数选定挤压铸造主缸的工艺参数和模具结构参数选定挤压铸造工艺参数和模具的结构参数，对主缸的质量、生产率和生产成本都有直接影响，经试验和生产实践验证，选定挤压铸造主缸的计要工艺参数和模具结构参数如表 3-1，表 3-2 所示。表 3-1 挤压铸造主缸的主要工艺参数合金熔炼模具预热模具工作挤铸合金充型速度锁模速度合模速度温度/温度/温度/温度/ms-1/ms-1/ms-16907401001503006207200.270.010.050.08锁模力/kN合模力/kN分模力/kN成形比压/MPa充型时间/s保压时间/s留型时间/s200025301241.25151020表 3-2 挤压铸造主缸模具的结构参数冷却方式加热方式内腔粗糙度推杆件配合型面排气间隙空冷红外线加热0.40.8mH7/D60.10.15(深),1020(宽)合金熔炼温度、模具工作温度和挤压铸造时合金液温度三者有一定联系，实际生产中主要以挤压铸造时合金液温度来决定熔炼温度，它是关系到制件能否成形的问题。考虑到模具的使用寿命，一般模具温度不要超过 3000，否则易使模具变形、熔损，且粘模严重。充型速度设计原则是要保证工件成形良好，同时又要防止卷气现象。成形比压是关系到制件内外在质量的重要参数，压力太低，成形性差，且厚大断面有缩松现象。达不到性能要求，压力过高会降低模具的使用寿命。保压时间是保证制件内部组织致密，不致产生缩孔和缩松的重要参数，它与模具温度、成形比压等参数有关，当成形比压一定，模具温度低时，保压时间就要短些，否则就要长一些。模具间隙的设计是以保证在挤压铸造时型腔气体即能充分排除，又不使铝液飞溅出模具外表面为最佳。它是挤压铸造模具设计中严格控制的重要参数。4.3 力学性能状况力学性能状况在挤压铸造主缸制件上取样，测定材料的强度、硬度、塑性。在试验台上检验主缸的密封性和耐压性。结果见表 3-3 所示。表 3-3挤压铸造主缸的力学性能性能强度/MPa伸长率/%硬度/HB密封性/MPa耐压性/MPa要求指标27511000.7824.5实测结果290 平均1.6105（平均）0.8 无渗漏26 无渗漏4.4 结论结论（1）用挤压铸造技术生产汽车铝合金制动主缸技术上是先进的，工艺上是可行的，各项性能指标完全达到了设计要求。（2）正确地设计模具结构，合理地选择工艺参数是获得合格挤压铸造制件的关键。（3）压力能使合金的结晶核心数目增多，抑制针片状 AlSiFe 相的析出，从而使合金中的共晶体及初晶相显著细化。第五章第五章 直接挤压空压机铝合金连杆直接挤压空压机铝合金连杆模具工艺研究模具工艺研究5.15.1 直接挤压空压机铝合金连杆直接挤压空压机铝合金连杆空压机连杆是传递运动和力的主要部件，它的成型方式可概括为铸造和模锻两种工艺。连杆是两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件，它在一个复杂的应力状态下工作，既受交变的拉压应力，又受弯曲应力，其主要损图 5-1模具结构简图1.动模板 2.动模块3.挤压铸造件 4.定模块 5.模套 6.定模座板7.顶杆 8.推坏形式是疲劳断裂和过量变形。连杆的工作条件要求其具有较高的强度和抗疲劳性能，又具有足够的刚性和韧性。根据挤压铸造工艺的特点，用挤压铸造空压机铝连杆，补缩效果好，晶粒较细，组织致密、均匀可以满足该连杆的受力，并能铸造出满足性能的连杆。给出直接挤压铸造方式下空压机连杆的工艺特点，压力对连杆的成形性及组织变化。5.2 连杆挤压铸造模工作原理连杆挤压铸造模工作原理将定量的铝合金液浇入到定模块 4 和定模套 5 组成的型腔中，压机带动动模板 1 和动模块 2 对液态或半固态金属施加压力，合金在压力作用下成型，结晶凝固并产生一定量的塑性变形，经充分保压后，压机带动动模板和动模块退回；压机顶出缸推动推板 8 和顶杆 7 将挤压铸造件 3 顶出，取出制件，模具复位后便可进行下一个工作循环。模具的工作原理如图 3。直接挤压铸造模具结构较简单，挤压铸造件的形状尺寸精度主要决定于定模块和定模套。挤压铸造件的高度方向的尺寸主要通过定量浇注来实现。为防止挤压铸造过程中合金液喷出，又能便于排出型腔内的气体，动模块和定模套之间的单边配合间隙应控制在 0.080.16mm 之间。定模套的高度主要根据工件的厚度来决定，一般浇注合模后合金液面应比模套上表面低 1525mm。5.3 连杆直接挤压铸造工艺参数的选择连杆直接挤压铸造工艺参数的选择采用直接挤压铸造方式生产铝合金连杆，经多次试验认为，下述表 1-1 挤压铸造工艺参数是合理的。表 5-1 连杆挤压铸造工艺的工艺参数铸造设备铸造材料铸造温度/模具工作温度/YB32-200ZL108680720150280模具预热温度/铸造比压/MPa保压时间/s留模时间/s120150250350162512205.4 提出建议提出建议本模具的挤压铸造工艺参数经验证完全正确，制件性能良好，达到要求。图 5-2 修改后的模具示意简图根据自己的一些研究和观察发现顶杆 7 应该顶到制件上面这样有利于制件最后的推出，其示意图如上。5.5 结论结论（1）用直接液态模锻方式生产汽车空压机铝合金连杆是可行的，产品性能可完全满足使用要求。是钢质连杆的更新换代产品。（2）艺参数的选择正确与否直接关系到制件的质量和工艺的正确实施。经生产实践验证，直接挤压铸造连杆的工艺参数的选择是合理的，满足了生产要求。（3）通过对直接挤压铸造连杆在成形时受力状态分析，确定了连杆成形比压范围，这为同类零件的研制提供了理论依据。下表是一些实验数据。表 5-2 直接挤压铸造铝合金连杆台架试验数据名称连杆曲轴活塞销材料ZL108HB120球铁HRC31.515Cr 渗碳层硬度HRC5863测量部位磨损量/mm连杆大头连杆小头曲轴活塞销纵向0.0050.0400横向00.080.0050(4)直接挤压铸造连杆对合金液的定量浇注有严格要求。连杆大小头孔，须通过加工来完成，增加了材料消耗和加工成本。第六章第六章 震动器机壳震动器机壳挤压铸造模具工艺研究挤压铸造模具工艺研究6.1 震动器机壳液锻模结构震动器机壳液锻模结构筑路机震动器在高频率、中振幅较恶劣的工况条件下工作，其机壳为铝合金，零件结构如图 6-1 所示。除了要求有足够高的疲劳强度外，还应有良好的耐腐蚀性。原生产工艺为金属型浇注，零件重 12.6kg，改用间接液锻工艺生产后，机壳重量为 6.7kg，大大减少了铝合金用量，且零件外形美观，机械性能优良，完全达到了设计要求，具有较大的经济价值和实用意义。在普通油压机上采用间接式图 21 震动器机组零件液态模锻生产壁厚差这样高大的零件尚不多见。在模具结构参数和工艺参数的设计和选择时，笔者充分考虑到各因素间的相互关联和作用可能给制件质量带来的影响，并使得模具的整体结构较紧凑，动作灵活可靠，使用效果良好。6.2 模具的工作原理模具的工作原理模具结构如图 6-2 所示，采用斜销四开模结构，其工作过程是：模具处于开模状态模状态，将熔炼好的铝合金液浇入到由压套 16 和压头 17 组成的压室中；压机带动动模压板 5 和动模板 4 下行，定位导柱 19 首先插入导套 20 中，斜销图 6-2 机壳液锻模模具结构1.圆螺母 2.动模型芯 3.型芯镶块 4.动模板 5.动模压板 6.液锻件 7.侧型芯 8.螺杆 9.挡块10.弹簧 11.定模板 12.浇口套 13.定模坐板 14.垫环 15.圆螺母16.压套 17.压头 18.顶杆19.导柱 20.导套 21.小型芯 22.滑块（A、B、C）23.斜销 24.楔紧块 25.导滑压板23 进入滑块 22(A、B、C、D)斜孔中，将四个滑块拨到预定位置，再通过楔紧块24 将模具锁死；压机下油缸(顶出缸)带动顶杆 18 和压头 17 向上运动(顶出)，浇入到压室中的合金液在压力作用下通过环形浇口充填型腔；经充分保压后，顶出缸卸压，压机上活动横梁带动动模压板等零件卸压回程，并抽出动模型芯 2；斜23 在上行中拨开四个滑块，当斜销 23 全部脱离滑块上的斜孔后，固定在滑块上的侧型芯 7 和小型芯 21 就完全从液锻件 6 中抽出，然后压机下油缸将制件 6 推出模具，取出液锻件，模具压头复位，即完成了一个工作循环。为保证滑块脱离斜销后的正确位置，模具设计时设置了档块 9，压缩弹簧 10 和螺杆 8 定位装置，保证合模时斜销准确地进入滑块上的斜孔，使滑块复位。6.3 模具结构特点模具结构特点斜销截面为圆形，斜销倾斜角的取值为 20，楔紧角为 20，便于制造，与动模板内安装孔的配合取 H7/h6 间隙配合，以方便维修和更换，斜销与滑块斜孔间留有 5mm 间隙,这样设计的目的一是保证动模型芯开始抽出时模块不会移动。由于型芯包紧力较大，在尚未抽芯时滑块移动会损坏制件表面，甚至拉裂制件；另外留此间隙可防止滑块运动时因楔紧块的锁模面因制造误差或磨损与滑块产生摩擦，甚至干涉现象。在开模初期，由于 5mm 间隙，斜销碰不到滑块，而楔紧块很快离开滑块的压紧面。这样就不会产生摩擦和干涉现象。合模时，在接近合模终点时楔紧块才接触滑块，并最后锁紧滑块，使斜销与滑块孔壁脱离接触，以免液锻时斜销受力。采用底注式环形浇口，液流充填型腔较平稳，利用动模型芯的斜度使制件越接近底部壁厚越大，有利于合金液的补缩。为保证滑块在导滑槽内的运动平稳可靠，无上下窜动和卡死现象。将滑块导滑部分做成如图 3 所示的装配形式，为导滑组合件相拼式。滑块的导滑部分采用单独的导滑压板 25，在导槽和滑块接触部位通过热处理来提高耐磨性，加工方便，也易于更换。另外导滑压板做成图 4 所示形状，在动模型芯抽芯时导滑压板的定位部分可增加滑道的抗弯扭刚度。笔者在多套斜销抽芯液锻模具设计中采用这种导滑结构，均取得了较好效果，具有实用意义。6.4 模具的结构参数及工艺参数选择模具的结构参数及工艺参数选择正确的选择模具结构参数是模具设计中重要内容，可以说它关系到工艺实施时能否成功的关键，影响到模具的使用寿命和生产效率。而工艺参数的选择正确与否是获得优质液锻件的必要条件，是正确设计液锻模的依据。表 2-1 机壳液锻模模具结构参数模具结构形式锁紧装置斜销斜角楔紧块斜角斜销分型四开模楔紧块式2020模面排气间隙冷却方式预热方式模块及型芯材料宽 1520mm深 0.150.2mm压缩空气及冷却液火焰法3CrW8V表 2-2 机壳液锻模模具工艺参数合模力/kN锁模力/kN压射力/kN压射比压/kN回程力/kN充填时间/s留模时间/s31501023630416303.32035保压时间/s预热温度/浇注温度/工作温度/压制速度m/s充填速度m/s涂料类型2032801206707203000.0050.6水基乳液6.5 结论结论（1）铸造过程中，适当调整充型速度、充型压力、补缩压力、保压时间等工艺参数弄了个获得优质铸件，满足设计尺寸及其精度要求，内腔表面粗糙度也满足设计要求。（2）利用加油铸造工艺生产该铸件，可达到 2min/件，大大提高了生产效率，产品质量好，组织致密，强度高。第七章第七章 汽车活塞的挤压铸造模具工艺研究汽车活塞的挤压铸造模具工艺研究7.1 挤压铸造活塞挤压铸造活塞活塞是汽车发动机的心脏部件，它的质量对汽车发动机的使用性能和寿命有直接影响。理想的活塞应具有良好的热稳定性，足够的高温强度和耐热疲劳强度，综合的机械性能及合理的结构形状等特性。根据发动机的特性和活塞的结构形式，铝活塞毛坯的制造方法主要有锻造和铸造两类。锻造活塞耐热疲劳性能好，可作为高爆发压力的高速活塞，但机械加工复杂，材料浪费大，成本较高。铸造活塞包括金属型锻造、低压铸造和挤压铸造活塞等。其中金属型铸造活塞为最多，产量大，成本低，形状设计灵活，但与锻造活塞比常温机械性能较差，易产生各种铸造缺陷，废品率较高，低压铸造活塞主要用于较重要的大中型活塞，其性能介于锻造活塞和金属型铸造活塞之间。7.2 间接正挤压铸造特点间接正挤压铸造特点合金液在压力作用下通过直(内)浇道直接进入型腔，流程短，压制方向与液流充填方向一致，充型平稳，压力损失小，气体排除容易，补缩效果较好，主要缺点是：模具侧向胀型力较大，多用楔紧块或套板锁模，在合模面处易造成喷铝现象。140 活塞就是采用这种间接正向挤压铸造形式。7.3 活塞间接正向挤压铸造模具工作原理活塞间接正向挤压铸造模具工作原理图 7-1 为 140 活塞挤压铸造模具简图，其工作过程是：熔炼好的合金液浇入到压室 11 中，将动模套板 5 及成形组合件 2、4、7 推到预定位置，压机活动横图 7-1140 活塞挤铸模图1动模板 2侧型芯 3中间型芯 4抖模块 5动模套板 6液徽件 7浇口垫板 8压条 9定模板10 定模座 11压套 12压头 13项杆轴梁带动中间型芯 3 插入成形组合模套中，并锁紧模具；压机下油缸推动顶杆 13和压头 12 加压顶出，液态金属在压力作用下充满型腔；经充分保压后，下油缸卸压，压机上油缸带动横梁卸压回程，并抽出中间组合型芯，下油缸再将动模套板中的两斜模块和制件顶出。取出制件，喷刷涂料即完成一个工作循环。7.4 工艺参数和结构参数的选择工艺参数和结构参数的选择活塞的工艺参数的选择严重影响着制件的质量，其中包括充型速度、浇注温度、模具温度，比压、保压时间等。140 活塞的工艺参数选择如下表。表汽车活塞挤压铸造工艺参数压力 MPa保压时间/s浇注温度/模具温度/挤压速度/m s-1涂料12520256907201601800.005水剂胶体石墨7.5 结论结论(1)采用间接正