[发明专利]内燃机活塞分步挤压成形方法及其配套成形模具

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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缩孔、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。

发明内容

本发明的任务是：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。

本发明的技术方案为：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℃，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℃并保持该温度。

本发明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、本发明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。