[發(fā)明專利]一種鋁合金連桿的反重力擠壓鑄造裝置及制造方法

有效

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• 申請日: 2012-04-17
• 公開（公告）號: CN102615268A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜銀方;龍昆;姜文帆;戴亞春
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B22D18/04
• 分類號: B22D18/04
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于采用擠壓鑄造工藝制備零件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁合金連桿的反重力擠壓鑄造方法及模具裝置。

背景技術(shù)

連桿作為發(fā)動機的關(guān)鍵零部件之一，由連桿體和連桿蓋以螺栓連接而成，其工作過程中主要承受燃燒爆發(fā)力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的拉伸、壓縮、彎曲等高頻交變載荷，工作條件惡劣，運動狀態(tài)復(fù)雜，疲勞、磨損、震動等影響連桿的使用壽命。因此，要求連桿既要具有較高的強度和抗疲勞性能，又要具有足夠的剛性和韌性。

近年來許多科技工作者提出了多種合金液態(tài)成型技術(shù)，如高壓鑄造法、低壓鑄造法（含重力鑄造）。高壓鑄造法是通過壓鑄機用高壓高速將液態(tài)合金壓射入成型模具型腔中冷卻定型來完成制品的成型，其充型速度快，但是壓射過程中常出現(xiàn)排氣不良，合金液卷氣，使鑄件組織含氣，且有冷隔、欠鑄等缺陷，導(dǎo)致制品的機械性能降低，不能進(jìn)行熱處理。低壓鑄造法是通過壓鑄機用低壓低速將炙熱的液態(tài)合金壓射進(jìn)入成型模具的型腔中，冷卻定型完成制品的成型，其充型速度慢，時間長，模具排氣較充分，鑄件的含氣量減少，但是鑄件的冷卻凝固過程所受壓力不足，使得組織疏松，晶粒粗大，機械性能較低。

目前，國內(nèi)鋁合金連桿的加工依賴于傳統(tǒng)機械加工方式，先將整體連桿毛坯鋸切為連桿體、連桿蓋兩部分，再采用磨削方式加工兩者的對合面。該加工工序繁多，效率低下，且受定位精度影響，制造的連桿承載能力與裝配精度受很大限制。在國外，已采用粉末冶金技術(shù)、半固態(tài)成型技術(shù)制造鋁合金連桿。美國專利號：US20020148325A1，提出了采用半固態(tài)成型技術(shù)制造裂解型鋁合金連桿。該專利提出將特定成分的鋁合金制作成半固態(tài)原料后擠壓注入連桿模具成型，后續(xù)經(jīng)淬火熱處理、人工時效調(diào)節(jié)鋁合金連桿的強韌性，使其在室溫條件下能脆性斷裂，滿足連桿裂解加工的要求。它存在如下不足：半固態(tài)鋁合金原料的制備工藝復(fù)雜，成本高昂，其冷卻后形成的晶粒過大或過小均影響連桿的強韌性，后續(xù)的熱處理對連桿性能的影響復(fù)雜，使連桿裂解加工時易出現(xiàn)大頭撕裂、裂不開、掉渣、斷裂面變形等問題。

由唐全波、姜巨福等發(fā)表的“ADC12鋁合金連桿擠壓鑄造”，特種鑄造及有色合金，2006，30（7），提出了直接擠壓方法形成的鋁合金連桿，用此方法制造的鋁連桿結(jié)晶組織很細(xì)膩，無疏松、表面質(zhì)量和力學(xué)性能較高，但存在如下缺點：1）澆入型腔內(nèi)鋁熔液的數(shù)量和溫度控制要嚴(yán)，考慮鋁熔液經(jīng)擠壓、凝固后體積收縮問復(fù)雜，否則連桿坯料的成形尺寸達(dá)不到技術(shù)要求或因鋁熔液少了，而使金屬組織疏松，因而產(chǎn)品合格率低，操作技術(shù)要求高；2）由于澆注后、開始加壓前，液態(tài)金屬液容易在尖角或窄腔處形成自由結(jié)殼，加壓后自由結(jié)殼被擠破，金屬液將其包裹在其中，易形成夾皮。

反重力擠壓鑄造是一種鑄、鍛合為一體的少切屑或無切屑工藝，液態(tài)合金經(jīng)壓頭的擠壓作用，以低流速、大流量填充型腔，待金屬液處于準(zhǔn)固相區(qū)時，繼續(xù)擠壓合金實行高壓強制補縮。該方法克服了高壓鑄造法容易卷入氣體和氧化渣的缺陷，有效改善了低壓鑄造法凝固壓力不夠而造成的組織疏松，晶粒粗大等缺陷。另外，在熱壓條件下，裂解用的箔材與金屬液反應(yīng)所形成的熔合界面致密，界面內(nèi)部的所有體積缺陷得以壓扁，界面附近生成的氧化物通過擴散作用與基體材料黏合，從而，在連桿毛坯中形成理想的裂解界面，以提高連桿裂解效率，保證裂解質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種裂解型鋁合金連桿毛坯的制造方法與模具，解決采用傳統(tǒng)機械加工鋁合金連桿工藝中存在的工序繁多，材料利用率低、機床設(shè)備投資大、刀具及能源耗費多等問題。

本發(fā)明在模具型腔內(nèi)預(yù)先放置裂解材料，通過扇形澆道與分流錐的合理分配進(jìn)入型腔的金屬液，使箔材兩側(cè)的金屬液同步上升，減少充型過程中金屬液對箔材的沖擊，冷卻后在連桿預(yù)定的分割區(qū)內(nèi)形成的裂解界面。后續(xù)實施裂解工藝時，連桿沿預(yù)制的裂解界面斷裂剖分，可避免出現(xiàn)裂紋分叉或裂解面偏移等缺陷