本發(fā)明涉及一種提高擠壓鑄造活塞鑄件質(zhì)量的方法和裝置，屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

擠壓鑄造是將一定量的液態(tài)金屬直接澆入敞口金屬模具，隨后合模，實現(xiàn)金屬液充填流動，并在機(jī)械靜壓力作用下發(fā)生高壓凝固和塑性變形，具有細(xì)化晶粒、加快凝固速度和使組織均勻化的作用，從而獲得力學(xué)性能高于其它普通鑄件的毛坯或零件的成形制造技術(shù)。根據(jù)擠壓鑄造時合金液的流動狀況及擠壓鑄造力的形式，擠壓鑄造可以分為直接擠壓鑄造和間接擠壓鑄造兩種基本形式。

目前，國內(nèi)外擠壓鑄造活塞一般是采用單一直接式擠壓鑄造、間接式擠壓鑄造或在單一式擠壓鑄造的同時輔助局部增壓，但直接擠壓鑄造時金屬液與空氣大面積直接接觸、表層氧化膜無法有效排出，間接擠壓鑄造加壓效果較差、模溫要求高、最后凝固位置位于活塞厚壁處中部，局部增壓壓力不能很好作用于整個活塞，使得活塞力學(xué)性能不均。因此，如何整體提高擠壓鑄造活塞質(zhì)量，減少廢品率，是本案值得探討的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題與不足，本發(fā)明提供一種提高擠壓鑄造活塞鑄件質(zhì)量的方法。

所述的提高擠壓鑄造活塞鑄件質(zhì)量的方法，是基于直接擠壓鑄造可以使壓力有效傳遞于整個活塞鑄件，使金屬熔液中的樹枝晶破碎，進(jìn)入未凝固的熔液中充當(dāng)新的形核基體，細(xì)化晶粒，同時利用擠壓壓力使活塞薄壁處氧化皮受壓通過集渣包排出；是基于間接擠壓鑄造可減少金屬熔液與空氣大面積接觸氧化、吸氣等不利因素，充型時多余熔液可留在料柄內(nèi)，在高壓下有助于鑄件凝固補(bǔ)縮；結(jié)合直接擠壓鑄造與間接擠壓鑄造的優(yōu)勢，活塞在高壓作用下充型凝固，提高了開始結(jié)晶溫度和固相線溫度，使金屬熔液獲得較大的過冷度，同時也使金屬熔液與模具壁緊密接觸，增加了熱交換，從而增大冷卻速度。

所述的提高擠壓鑄造活塞鑄件質(zhì)量的方法，是基于當(dāng)料柄與鑄件連接處與鑄件外表面呈擴(kuò)張角時，可使得金屬熔液在充型過程中形態(tài)更平穩(wěn)，防止紊流；料柄頸口縮短，延緩凝固過程中活塞內(nèi)補(bǔ)縮通道切斷，擴(kuò)張口內(nèi)金屬熔液可用于補(bǔ)縮，縮松縮孔幾率下降；對活塞模溫預(yù)熱、充型溫度要求下降，并使活塞頂部熔池位置下移，方便切削加工去除。

本發(fā)明的目的可以通過如下裝置來實現(xiàn)：

一種擠壓鑄造活塞模具裝置，包括動模、動模仁、定模、定模仁、上壓頭、模腳、推桿座板、推桿固定板、推桿、復(fù)位桿、導(dǎo)柱導(dǎo)套、夾具、螺栓、墊板、擠壓油缸、擠壓料筒和沖頭；該裝置由所述的動模仁、定模仁、上壓頭形成的活塞型腔包括：料柄、鑄件型腔、集渣包、排氣道，其特征在于：所述的料柄與鑄件型腔連接澆口為擴(kuò)張型澆口，呈120°-150°角擴(kuò)張；所述的上壓頭由金屬壓頭和冷卻水管構(gòu)成，冷卻水管從金屬壓頭內(nèi)部呈U形通過，U形底面與金屬壓頭外表面最短距離為10mm，擠壓鑄造活塞過程中冷卻水管持續(xù)通水，通水量需保證排出水溫不高于60℃。

所述動模仁、定模仁和上壓頭形成的活塞型腔是指相對型腔內(nèi)受擠壓合金本體為封閉狀態(tài)，而擠壓鑄造活塞過程中活塞型腔內(nèi)氣體、表層氧化膜等通過集渣包、排氣槽與外界連通；所述形成封閉的充型空間及擠壓鑄造活塞的步驟如下：動模與定模預(yù)熱至200℃-350℃，以活塞成品尺寸預(yù)合型，設(shè)定上壓頭擠壓間隙除預(yù)留合金凝固收縮、擠壓壓射變形所需的體積壓縮量外，還有擠壓時排出合金熔體表層氧化膜的量，冷卻水管從金屬壓頭內(nèi)部通過并持續(xù)通水；利用輸料系統(tǒng)將合金熔體引入擠壓料筒；沖頭立式壓射將合金熔體壓入活塞型腔，充型完成后保壓；上壓頭下行擠壓活塞內(nèi)腔后保壓，合金熔體在上壓頭和沖頭壓力下結(jié)晶凝固成型。

所述的擠壓鑄造活塞模具裝置各個部分之間以及與臥式擠壓鑄造機(jī)之間的連接關(guān)系如下：將所述擠壓鑄造活塞模具裝置安裝在臥式擠壓鑄造機(jī)上，即將定模仁、定模、墊板通過導(dǎo)柱導(dǎo)套和夾具依次與臥式擠壓鑄造機(jī)的定模板固定連接；將擠壓油缸、上壓頭、動模仁、動模、模腳通過導(dǎo)柱導(dǎo)套、螺栓、夾具依次與臥式擠壓鑄造機(jī)的動模板固定連接；將推桿、推桿座板、推桿固定板通過螺栓依次與臥式擠壓鑄造機(jī)的動模板連接；然后檢查和調(diào)整墊板和定模板的固定夾具、模腳和動模板的固定夾具，使所述的模具與臥式擠壓鑄造機(jī)連接牢固可靠；由臥式擠壓鑄造機(jī)控制柜操作動模板向定模板方向移動合模，設(shè)定鎖模，檢查動模與定模的密合情況，檢查上壓頭與動模、定模的配合情況。

所述沖頭上行實施立式壓射的方法是：由臥式擠壓鑄造機(jī)控制輸料系統(tǒng)，將650℃-700℃定量的鋁合金熔液或鋁基復(fù)合材料熔液引入擠壓料筒，擠壓料筒無級調(diào)速后正對于模具分型面下方；壓射系統(tǒng)由兩活塞桿懸掛在定模上，將壓射力直接作用在模具上，由所述的沖頭上行進(jìn)行立式壓射，壓射完成后保壓。

所述上壓頭下行實施直接擠壓的方法是：由臥式擠壓鑄造機(jī)控制，鑄件充型完成后液壓缸立即帶動上壓頭擠壓，由臥式擠壓鑄造機(jī)控制柜精確控制上壓頭下行時間及位移量，所述上壓頭下壓至指定位置后保壓，控制上壓頭保壓壓力小于沖頭保壓壓力。

本發(fā)明與現(xiàn)行擠壓鑄造方法相比具有如下突出的優(yōu)點：

1、所述的擠壓間隙保證活塞頂部補(bǔ)縮和裙部增厚避免缺料；

2、排氣、集渣能力大幅度提升，氧化皮、氧化夾雜集中于排渣包、活塞料柄內(nèi)；

3、冷卻水管與擴(kuò)張口配合，將活塞頂部最后凝固熔池控制于擴(kuò)張口內(nèi)，可切削加工去除；

4、活塞金屬熔液所需模溫預(yù)熱溫度、澆注溫度下降；

5、活塞鑄件高壓下成型優(yōu)良，組織致密；

6、所述模具裝置可利用現(xiàn)有的擠壓鑄造模具改進(jìn)，也可制作新模具，制作新模具時可減小10-15％料柄厚度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明計算機(jī)數(shù)值模擬用擠壓鑄造活塞模具結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明活塞結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明ProCAST鑄造模擬軟件結(jié)果對比圖。

圖5為ProCAST模擬本發(fā)明活塞鑄件最終凝固位置圖。

圖6為ProCAST模擬常規(guī)活塞鑄件Niyama判據(jù)判定最終缺陷位置圖。

圖7為ProCAST模擬本發(fā)明活塞鑄件Niyama判據(jù)判定最終缺陷位置圖。

附圖中：1、定模仁；2、定模；3、金屬壓頭；4、冷卻水管；5、動模仁；6、動模；7、活塞；8、合金熔體；9、擠壓料筒；10、沖頭；11、排氣道；12、集渣包；13、擴(kuò)張型內(nèi)澆口；14、料柄；15、墊板；16、定模板；17、動模板；18、推桿座板；19、推桿固定板；20、模腳。

具體實施方式

通過如下實施例及其附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例一：擠壓鑄造活塞模具結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。對所述的擠壓模具裝置利用三維軟件UG建模，通過數(shù)值模擬軟件ProCAST的測定，如圖4所示。

目前常規(guī)的間接擠壓澆注活塞模具，未通冷卻水和采用擴(kuò)張澆口，在模溫300℃、擠壓料筒400℃、Zl109充型溫度680℃、充型速度32.5mm/s時，活塞鑄件頂部為最終凝固位置，縮松縮孔集中于鑄件頂部中心位置，無法通過機(jī)加工切削去除。

本實施例驗證在通冷卻水的情況下，采用120°擴(kuò)張型澆口，在模溫300℃、擠壓料筒400℃、Zl109充型溫度680℃、充型速度32.5mm/s時，Niyama判據(jù)顯示活塞鑄件縮松縮孔傾向低，并集中于內(nèi)澆口擴(kuò)張?zhí)?，可通過機(jī)加工去除，活塞受雙向擠壓成形優(yōu)良。

用與實施例一相似的方法，將擴(kuò)張型澆口分別改為135°、150°時結(jié)果類似，最終獲得成型優(yōu)良的活塞鑄件?；钊Y(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

實施例二：本實施例采用的臥式擠壓鑄造機(jī)為蘇州三基SCH180擠壓鑄造機(jī)，鎖模力1800KN，輸料系統(tǒng)采用人工稱重Zl109融化升至700℃后定量澆入擠壓料筒9。

實現(xiàn)本實施例的模具結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

1、設(shè)計模具后，本實施例利用現(xiàn)有的擠壓鑄造模具改進(jìn)；該模具定模仁1、動模仁5采用H13，定模2、動模6采用45號鋼材；

2、本實施例利用所述的現(xiàn)有擠壓鑄造模具時，將所述模具的模仁內(nèi)澆口13切削加工為120°擴(kuò)張型澆口；

3、安裝擠壓鑄造模具：把制出的擠壓鑄造模具按圖3所示安裝于所述SCH180臥式擠壓鑄造機(jī)上；

4、立式澆注、擠壓并保壓：在SCH180臥式擠壓鑄造機(jī)控制柜控制下，對操作程序進(jìn)行程序檢查，使運行過程無誤，噴涂水劑石墨涂料，預(yù)熱模具至250℃，預(yù)熱擠壓料筒9至400℃，設(shè)定沖頭10上行充型速度為32.5mm/s，保壓壓力100MPa，在鑄件充型完成后液壓缸立即帶動上壓頭3擠壓活塞7，擠壓壓力90MPa，到固定位置后上壓頭3和沖頭10一起保壓40s，留模時間5s；

5、脫模成型：擠壓料筒9、沖頭10下行，動模6隨動模板17平移開模，上壓頭3由液壓缸控制上行，活塞7由推桿推出，空冷成型，機(jī)加工切削除去排氣道、集渣包、擴(kuò)張型內(nèi)澆口、料柄，檢測合格，即為成品。