内燃机活塞分步挤压成形方法及其配套成形模具技术

本发明专利技术公开了一种内燃机活塞分步挤压成形方法，该方法将坯料在等温条件下，采用一套模具分两步挤压成形：第一步通过正挤压方式将毛坯成形出活塞顶部；第二步通过反挤压方式将第一步生成的预成形件成形为活塞。同时，本发明专利技术还公开了一种与上述内燃机活塞分步挤压成形方法配套的成形模具。本发明专利技术的技术方案可以利用再结晶超塑性，降低变形抗力，减少能耗，且使组织细化，提高了活塞的力学性能，并可以减少设备吨位与装置尺寸，降低生产成本，提高成形产品质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铝合金的挤压成形技术，特别涉及一种薄壁铝合金活塞的 制造方法及其配套成形模具。
技术介绍
活塞是内燃机的关键零件,其工作环境极为恶劣。它不仅与内燃机的使用 性能和经济性息息相关,而且制约着内燃机的可靠性。目前内燃机正向轻质、 高速、强化方向发展，内燃机的增压比和功率不断提高，对活塞的使用性能提出了更高的要求。目前，大部分内燃机活塞采用高含硅铝合金(如ZL107、ZL108、 ZL109、 ZL110等)材料，常规工艺为铸造成形，加工成本较低，但是由于铸造 工艺的技术局限性，其产品可能会出现微縮孔、小气泡等内部缺陷，降低活塞 的机械强度，为加强铸造活塞的机械强度，就要将活塞壁加厚，使重量增加， 严重影响了活塞的性能，不能满足内燃机性能不断提高的要求。为了进一步减 轻活塞的重量，提高其使用性能，活塞有向薄壁方向发展的趋势，而传统的铸 造方法已无法满足这种活塞的生产。与传统铸造工艺相比，挤压成形加工方法 可以改善金属的组织结构，细化晶粒，提高活塞的物理和力学性能，从而为进 一步减轻活塞的重量，优化活塞的结构提供了条件。2006年11月29日公开的专利号为ZL02816439. 3的国际专利申请说明书 公开了 一种用于内燃机的锻造活塞及其制造方法。该方法主要介绍了用含硅量 为6-25%的铝合金进行进行单向固化铸造，生产表面具有不同硅晶粒度的毛坯的方法和用该方法生产的对毛坯进行一次锻压成形其表面具有不同硅晶粒度 的活塞。但是，对于薄壁活塞来讲，顶部的截面为圆形，厚度较小，裙部和销 部组成复杂形状的环形结构，外缘比顶部少了两个月牙形部分，裙部壁厚很薄， 销部壁厚较厚。这种特殊的结构，使其在采用常规的一次挤压工艺成形时，变 形程度很大，金属的流动距离较长，裙部很难充满，成品率低，而且，为克服 其变形抗力，需要大吨位的挤压设备，对资源的浪费较大，增加了生产成本。
技术实现思路
本专利技术的任务是提出一种分步挤压成形方法及其配套的成形模具以解决 生产时设备吨位大，产品成品率低的问题。本专利技术的技术方案为 一种内燃机活塞挤压成形方法，该方法将坯料在等 温条件下，采用一套模具分两步挤压成形第一步，将坯料在模具内正挤压成 形活塞顶部；第二步，用反挤压方式将第一步生成的毛坯挤压成形活塞裙部及 销部。所述坯料为与模具圆模腔直径相当的饼状毛坯或能放入凹模容料腔的圆 柱状毛坯或长条状毛坯。所述的坯料是锻造铝合金或铸造铝合金。所述坯料的成形温度为380 480°C，所述模具在第一步成形前需加温至与 坯料相同的温度即380 480。C并保持该温度。本专利技术还提供了 一种内燃机活塞分步挤压成形模具，所述成形模具主要包 括压头、凸模、凹模、顶出器、压板、小顶杆、顶块、大顶杆、底座、限位螺 栓及顶托弹簧，其中，凸模、凹模与压头共同构成的模腔的成形部分形状与所 要成形的活塞结构吻合，模腔中用于成形活塞圆形顶部的部分为圆模腔，用于成形活塞环形结构的部分为环模腔，环模腔中凸模与凹模之间形成的环形槽的 底部设置有顶出器，该顶出器上开设有余料溢出口；凸模安装在底座的凹槽中 并由压板固定，限位螺栓上穿装有顶托弹簧，凹模通过限位螺栓与底座活动连 接，凹模与底座之间设置有导向装置，凹模底部与底座之间设置有可活动的垫 高装置，小顶杆穿过凸模底部的通孔与顶出器连接并和顶块、大顶杆共同构成 顶出机构。所述的垫高装置为由设置有滑槽的压板导滑并可在底座与凹模底部之间 滑动的活动垫块。所述的活动垫块的底部通过球副与拨杆的顶端活动连接，拨杆通过圆销铰 接在底座上；所述大顶杆的外缘设置有沟槽，拨杆的另一端穿过底座开设的透 孔伸入大顶杆开设的沟槽内，活动垫块的外端面连接有水平拉伸弹簧，拉伸弹 簧的另一端连接在底座上。所述的导向装置为在凹模外围底面固设的与底座上的导向孔滑动配合的 导向杆。所述凹模的外面设置有电炉丝加热炉，采用温控装置控温。 采用上述分步挤压成形方法及其配套模具，具有以下实质性技术特点和显 著技术进步1、 第一步通过正挤压将坯料先成形模具的顶部，第二步通过反挤压方式 (坯料相对于凸模的流动方向)将第一步成形的毛坯挤压成形活塞的裙部和销 部，优化了成形工艺，通过分步成形，使每一步的变形程度减小，因而减少了变形抗力，最大成形力只有常规正挤压的50%。2、 本专利技术的两步成形方法只需使用一套模具，自动化程度高，脱模方便，生产率高。3、 成形压力的减小，使模具尺寸减小，设备吨位显著降低，生产成本下降。4、 利用再结晶超塑性，降低了变形抗力，减少了能耗，且使组织细化， 提高了制件的力学性能。5、 采用等温挤压，产品尺寸精度和表面精度高，易于成形，材料利用率高。6、 本专利技术提出的薄壁活塞成形方法及装置，主要用于锻造铝合金毛坯的 成形，也可用于铸造铝合金毛坯的成形。附图说明图1是一种薄壁活塞成形方法的工艺流程图。 图2是分步挤压成形模具原理示意图。 具体实施例方式以下结合附图就具体实施方式进行详细说明。如图1所示， 一种薄壁活塞成形方法的工艺流程为，制坯——正挤压成形 活塞顶部——反挤压成形活塞裙部和销部。1、 选择锻造或铸造铝合金下料，制成体积与所要成形的活塞件相当或略 大且其直径与凹模圆模腔直径相符的毛坯。2、 将毛坯预热到120 160°C ，在其表面涂润滑剂后加热到成形温度380 48(TC并保温；将模具加热到与坯料成形温度一致的温度。3、 将加热好的毛坯放入模具中，采用正挤压方式使毛坯产生塑性流动成 形出活塞顶部，多余的金属流入容料腔，从而完成第一步成形。4、用反挤压方式使容料腔内的金属流向环形槽而成形活塞裙部和销部， 实现第二步成形。该工艺方案是根据薄壁活塞的结构特点制定的成形工艺方案，便于金属的 流动成形，减少金属的流程，采用两步成形方案，第一步成形为第二步成形准备毛坯， 一方面正挤压工序的变形程度只有50%左右，因而挤压成形力较低； 另一方面通过变形储存能量，可以在后续变形过程中通过动态再结晶超塑性细 化晶粒。反挤压工艺成形活塞裙部及销部，不仅减小了成形时的坯料流动行程，使 单位压力减小，而且将与凹模产生相对运动的零件由上压头变成了下凸模，截 面尺寸显著减小，因而成形力只有常规正挤压的2/3。如图2所示，本专利技术的活塞挤压成形模具，主要包括压头l、凸模4、凹 模5、顶出器6、压板7、导向杆8、小顶杆9、顶块IO、大顶杆ll、底座12、 圆销13、拨杆14、限位螺栓15、拉伸弹簧16、顶托弹簧17及活动垫块18， 其中，凸模4、凹模5与压头1共同构成的模腔的成形部分形状与所要成形的 活塞结构吻合，模腔中用于成形活塞圆形顶部的部分为圆模腔，用于成形活塞 环形结构的部分为环模腔，环模腔中凸模4与凹模5之间形成的环形槽的底部 设置有顶出器6，顶出器6上开设有余料溢出口，余料溢出口下部设有余料腔； 凸模4安装在底座12上并由带有滑槽的压板7固定，凹模5通过限位螺栓15 与底座活动连接，限位螺栓15上穿装有顶托弹簧17。凹模5外围底部设有导 柱8，导柱8与底座开设的导柱孔滑动配合构成导向装置。凹模5底部与底座 12之间设置有可移出移入的垫高装置，该垫高装置为由压板7导滑并在凹模5 与底座12之间滑动的活动垫块18。小顶杆9穿过凸模4底部的通孔与顶出器6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机活塞挤压成形方法，其特征在于，该方法将坯料在等温条件下，采用一套模具分两步挤压成形：第一步，将坯料在模具内正挤压成形出活塞顶部；第二步，用反挤压方式将第一步生成的预成形件挤压成形为活塞。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨茜，虞跨海，杨永顺，郭俊卿，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]