（材料学专业论文）汽车空调器摇盘液态模锻模具设计及工艺研究.pdf

兰玺鋈塞三蠢耋j 兰鎏耋耋篡黧兰 汽车空调器摇盘液态模锻模舆设计及工艺研究 摘要 本文采用液态模锻工艺，研究了汽车空调器播盘模具和工艺方面的间 遂，根据摇懿的缩构和尺寸要求，工体环境特点，对摇盘模其，包括预热温 度裒定爨勺等试验工漩遴嚣了台壤浆设诗，暴翅经铡其它工艺参鼗不变蕊哭 让其中一个参数褒一寇蓖濯建交豫豹方法铡定了试验方察，并基对试验中工 芑参数进行合理的优化选取，对试验中的操作擞律和要求进行了研究。 摇盘模其最佳参数为：凸模糊凹模取单边阕陈o 1 m m ，凸模聪模瓣度 控裁在1 24 ，疆模、凸摸寒菱个臻耪，稳采孀s e f 2 w 8 v 合金穰翼键筏 逵，熟她瑗嚣硬度必h r c 4 8 5 2 ，其余部分选麓4 5 钢。瓣瘢挟兵该热累统 采用c r 2 0 n i 8 0 镍铬佥材拳喜电阻照加热，囊经d 为l 。5 r a m ，节经d 选用 3 6 m m ，螺距h 选用4 m m ，螺旋摭长度f 为0 9 1 m ，采用2 2 0 v 单鞠接滚。 定量勺逡耀嚣柱薅，疯嚣壹径4 1 r a m ，舞5 1 m m 。 液态横锻是种优质、离簸瓣工苞方法，程歪常情凝下，怒能僳谥做高 内部组织效密、袭瑟必漕、力学燃憨优良躲制拌。瞧是，答! 嶷踩操作中，穗 往仍会出现壤多缺陷。缭松、缝魏髑裂纹楚援擞主要缺陷，爨在擢煎键攒羁 s 夺藩台藏燕辩邋密现，浇注溢渡鞫模吴溪热溢凄嵩一些，耱匿速痊快一些 和徐匿辩阂长一冀，珂减少缩松和缩孔的产垒。摇盘匍件内形成的缩孔、缩 裣过程中大都伴薅寄锻合金滚孛气体豹撬邀，缎孔、缨松和气孔是锩叟鹣。 疆盘韪模接觖到铝合盒液黠，控制勰愿速度平绦一魑，可城少气魏静产生。 遁避对摇蠡鬻流力学性熬溅试籀镦蕊缎织及断强的分掰可以羲毽逸用 4 a i l 铝合金在液态横锻工艺下成形，摇煮的徽观组织良好，大部分制件的 徽躐缢织均匀，s i 鬏粒分布均匀，无严耋糍能璇象。疆镁工艺参数为浇往 瀣度7 4 0 ，模具羧热瀑凌2 5 0 ，旗摭的压力t 8 5 0 k n ，静魄慰淹 1 3 9 ，4 5 m p a 对，摇盘鹣力学瞧能畿好。在簸毽王艺参数条 串下，摇盘的强度 ob 3 1 0 m p a ，维氏硬度h v ol 1 0 0 ，断后延伸率能达到s 。 荚整蠲窑谲器摇蠢t 液态棱镶；穰其；工艺参羧 堕查堡塞送蠢耋三兰堡圭耋蒜鎏兰 t e c h n o l o g yo fl i q u i ds t a t ef o r g i n gf o r a i r co _ n d l t io _ n 嚣rs 强唆y 至n gt r a ：yo f a u t o m o b i l ea n dt h ed e s i g no f t h 羹d l es 嚣t a b s t r a c t b a s e do nt h e 谂c 珏髓o l o g yo fl i q u i dd i ef o r g i n g ，t h et e c h n o l o g yo fa i r - c o n d i t i o n e rs w a y i n gt r a yo fa u t o m o b i l ea n dt h ed i es e ti si n v e s t i g a t e d a c c o r d i n g t ot h es t r u c t u r e ，t h es i z ea n dt h eo p e r a t i o no fa i r c o n d i t i o n e rs w a y i n gt r a y , e x p e r i m e n t a le q u i p m e n ti n c l u d i n gp r e h e a t e dt e m p e r a t u r ea n dq u a n t i t a t i v es c o o p i sd e s i g n e da n de x p e r i m e n t a lp r o g r a m m ei sm a d eb yc o n t r o l l i n go t h e rp a r a m e t e r s i n v a r i a n ta n da d m i t t i n gap a r a m e t e rv a r i a n t a tt h es a n l et i m e ，i m p o r t a n t t e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r so fe x p e r i m e n ta r eo p t i m i z e d ，a n do p e r a t i n gi n s t r u c t i o n s a n dr e q u i r e sa r es t u d i e d 。 t h eo p t i m i z e dp a r a m e t e r so ft h ed i es e to fs w a y i n gt r a y s h o wt h a ts i n g l e c l e a r a n c eb e t w e e nf e m a l ed i ea n dm a l ed i ei so 1 m m ，p a t t e r nd r a f to f m a l ed i ei s c o n t r o l l e do f1 - 2 。，p u n c h - d i ea n df i v ep i n sa r em a d eo f3 c r 2 w 8 va l l o ys t e e l w h i c hc a nr e a c hh r c4 8 - 5 2b yc o n t r o l l i n gt h eh e a t t r e a t i n ga n dt h eo t h e r sa r e m a d eo f4 5s t e e l 。p r e h e a t i n gs y s t e mo ft h ed i es e to fs w a y i n gt r a y - i sh e a t e db y a d o p t i n gc r 2 0 n i 8 0r e s i s t a n c ew i r e ，a sd i a m e t e rdi s1 5 m m ，n o d e p i t c hdi s 3 6 r a m ，s c r e w p i t c hhi s4 m m ，s p i r a lc o l u m n 。i so 9 1 m ，2 2 0 vs i n g l e w p h a s e c o n t a c t i n gi sa d o p t e d c o l u m ni su s e di nt h eq u a n t i t a t i v es c o o p ，a sd i a m e t e ro f b a s a lp l a n ei s4 1 r a ma n dh e i g h ti s51 r a m 。 l i q u i ds t a t ef o r g i n gc r e a t e saw a yi na d v a n c e dq u a l i t ya n dh i g hp r o d u c t i o n i nc o m m o np l a c e ，w o r k p i e c ei ss h o w e dt h a ti n t e r n a ls t r u c t u r ei st i g h t ，s u r f a c ei s l u s t e ra n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yi sg o o d i np r a c t i c ep r o d u c t i o n ，al o to fd e f e c t i o n i sp r o d u c e d s h r i n k a g ep r o p e r t y , 、s h r i n k a g ec a v i t ya n dc r a c ka r e t h ep r i m a r y d e f e c t i o no fs w a y i n gt r a y , w h i c hc a na p p e a ri nt h ek e y w a ya n dn e a rt h eb o t t o m 1 1 堕堡堡堡三查耋三耋塑圭兰堡篁兰 a n g l eo ft h ef i v er o u n dd e s k i tc a n d e c r e a s et h es h r i n k a g ep o r o s i t ya n ds h r i n k a g e c a v i t yb yh e i g h t e n i n gt h ep o u r i n gt e m p e r a t u r ea n dt h ep r e h e a t e dt e m p e r a t u r e ， a c c e l e r a t i n gt h ev e l o c i t y , e x t e n d i n g t h eh o l d i n gp r e s s u r et i m e f o r m i n gt h e s h r i n k a g ep r o p e r t ya n ds h r i n k a g ec a v i t ya c c o m p a n i e sw i t hp r e c i p i t a t i n gt h eg a s f r o mt h el i q u i do fa l u m i n i u m i tc a nd e c r e a s et h ep r o d u c t i o no fa i rh o l eb y c o n t r o l l i n gt h es t a b l e n e s so ft h ev e l o c i t yw h e nf e m a l ed i ec o n t a c t e dt h el i q u i do f a l u m i n i u m b ym e a n so fm e a s u r i n gr o o mt e m p e r a t u r e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n d a n a l y z i n gm i c r o s t r u c t u r ea n df r a c t u r e ，i ti ss h o w nt h a tm i c r o s t r u c t u r ei sv e r y c o n d e n s e ，s ig r a i n s a r ev e r yf i n ea n dh a v en op h e n o m e n ao fc o a r s e n i n g m e c h a n i c a l 簖p r o p e r t i e sa l eb e s tb yt a k i n gt h eo p t i m a lt e c h n i c a lp a r a m e t e r so f7 4 0 p o u r i n gt e m p e r a t u r e 2 5 0 cp r e h e a t e dt e m p e r a t u r eo fd i es e ta n d1 8 5 0 k n p r e s s u r e ( 1 3 9 4 5 m p a ) t a k i n gt h eo p t i m a lt e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，t h eh a r d n e s so f s w a y i n gt r a yc a na t t a i nh v o i 1 0 0 ，t h es t r e n g t hc a na t t a i n ob 3 1 0 m p a a n d t h ep l a s t i c i t yc a nr e a c h5 k e y w o r d sa i r - c o n d i t i o n e rs w a y i n gt r a y ；l i q u i dd i ef o r g i n g ；d i es e t ；t e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r s 1 1 1 1 。1 裸题酶来源及意义 第1 章绪论 本课题来源于牡丹江富通汽率空调有限公间，属于高校与企业联合凝同研 究开发，并最终为企救生产服务，鳃决生产中的实际阔题。 汽车空诿器摇焱簇为美藿设计，有关资辩鼗示燕液态模锻，由于我阂在这 方面比较落后，该件长期从韩国采购。 液态模锻作为一种先进的加工工艺，既有铸造工艺简单，成本低，又有锻 造产茹悛熊好，质量蜀靠等优点，霞蘸已残为必切载，少惦削，糖诬毛缎瓣一 耱重妥技术嘲弱。液态模锻工艺霹实现少无韬潮加工，简纯横昊结构，缩短产 品生产周期，能制造用传统方法难以制造的复杂工件，从而可减少汽车殿飞行 器的机构重量，提高结构性能，改变传统压铸成形件成品帮低，缺陷多的现 状，遥艨大懿量蛉生产要求。遵过渡态模锻成澎工艺代替骜遴热模锻可以充分 利舞我溺丰富兹蝥源，具有重要豹实际应焉价德。 采用液态模锻工敬制造民用新产品表现突出，产品设计师和制造工慧师充 分考虑篡加工周期短、生产效率简、投资少、产品性能可靠镣因素，挖搦材料 戆灌力，铡造工艺土冬量糖曩二毛糕，髅到少秃甥楚，达到节楚降耗懿器熬，绫 丽为制遗厂家带来嚣离豹效益。 利用液态模锻工范，根据汽率空调器摇盘结构及性能要求，设计并制造其 模具，找出最佳工慧参数，提供给牡丹江富通i 气车空调有隈公司。牡丹泼寓通 汽车空调骞疆公霹零生产空调器2 e 万叁，瑟爨矮囊毛坯全帮放国努透瓣，每 件平均价格3 美元巍右，若该产潞研制成功，由国内生产刘价格不足l o 元人 民币。糟能借助该件嫩产的经验，扩散到壳体、活塞等其他工件上，则每年至 少可实现2 0 0 0 万元人民币的经济效益。 本潆藤就是要糕溪我国凌鸯条侮，覆选试验薅镭舍金，逐彳亍铮霹汽霉空镶 器摇盘蚋模具设计和工艺研究，开发其产品，馒该件国产化，提供给牡丹瓿汽 车空调商限公司，可以提高我国镪制汽车零件的档次，利用这技术可以辐射 到其他汽车零件上，辩雄钴我国汽率零l 牛的开发积原始创毅爨寄重要意义。 零漾瑟豹醭究誉仗霹疆释决燕产串静实耩鞫惩，健摇蠢翻释国产纯，为企 业带来效益，而且还可丰富液态模锻理论，拓宽液态模锻豹成用范围。 堕玺鎏墨王盔兰三兰璺圭兰g 鲨兰 1 2 液态模锻工艺概述 1 2 1 液态模锻工艺的定义 液态模锻是一种高效经济的工艺成形方法，是一种介于铸造和普通热模锻 之间的金属成形工艺【3 】。它是将一定量的液态金属直接浇注于涂有润滑剂的模 腔中，然后施加机械静压力，利用金属铸造凝固成形时易流动和锻压技术使已 凝固的封闭硬壳进行塑性变形，使金属在压力下结晶凝固并强制消除因凝固收 缩形成的缩孔，以获得无任何铸造缺陷的液态模锻件| 4 _ ”。 液态模锻对铸造和锻压人员并不陌生，锻压专业命其名液态模锻，铸造专 业命其名为挤压铸造，但其内容是一致的，液态金属在模具中经过加压成型。 因而它与铸造和锻压有着不可分离的“血缘关系”，液态模锻是一种省力、节 能、材料利用率高的先进工艺。液态模锻是一种借鉴于压力铸造和普通热模锻 工艺而发展起来的新型金属加工工艺，包括了压力铸造和普通热模锻的若干优 点田。液态模锻件一般很接近工件最终加士尺寸，质量高，因而为越来越多国 内外的学者和厂家接受和应用。近几年来，国内外对此工艺的研究和应用有新 的突破和进展。 1 2 2 液态模锻成形的原理 液态模锻是使注入模腔的金属，在高压下凝固成型。液态金属在高压之 下，其固相线向高温方向移动，与原固相线出现一个丁，其大小取决于施加 力的大小【9 】。若液态金属在接近固相线时，施加的压力使液态金属处于过冷状 态。在大的过冷度条件下，液态金属便能生核并长大，形成晶粒的内生长，阻 碍了原来未加压时枝晶的单向延伸，而形成等轴晶组织结构，也避免了未加压 时先结晶区与后结晶区组织成分差异偏析。由于结晶是在压力下进行的， 其制件内部组织致密，无空洞与疏松。 液态模锻成形过程一般分为2 个阶段【1 0 。2 】：浇注过程中等轴细晶壳层的形 成和合模施压时合金液的流动。浇注过程中，合金液与凹型壁接触，形成一个 敞口的细晶硬壳层，与通常结晶一样，在垂直凹型壁方向形成自然的顺序结 晶。由于浇注时动量的作用，使结晶硬壳上一些尚未结牢的晶块被冲刷，使其 破碎、重溶、游离于合金液中，如图1 1 ( a ) 所示。 随着浇注的进行和结束，由于密度差引起的自然对流逐渐增强，这种自然 对流同样使细晶壳上尚未结牢的晶体与母体脱离而游弋于铝液中，与此同时， 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 密度较大的合金液沿凝固前沿作集体的迁穆，将蕻密度较小的合金液向上排 挤，产生上浮的液流，如图t 1 ( b ) 所示。由予台金液在墅夔各处的温差不 同，模具备个部位的散热条件不同，器处的细晶硬壳厚度也不同。机械冲刷和 自然对流健在缅龋硬壳层前沿形成 童袄晶带受到影响，这甜下沉韵游离原子 团，被底部凝固前沿所捕捉，增加了底部细磊层的厚度。随着漩度的降低，食 金液发生液态收缩，结貉硬壳发生固态收缩，这样使硬壳层外缘脱离凹型内蓬 而形成间隙。 霎 萋勃| 、v 凡诋心惑心诋v 萋 、 翳 萋- 蕞j 。，；，： k 、| 、 ，心吣镪吣心吣吣 ( a ) 浇注对的极蛾争刷 ( b ) 浇洼意会金渡疼巍然瓣流 ( o ) 型整封耀露会金液静反囱浚动 d ) 保压时台金渡的囱f 圈流 图i - 1 液态模锻的成形原理 f i g ，1 - 1t h ef o r m i n gp r i n c i p l eo f l i q u i ds t a t ef o r g i n g 当合型施压时凸型冲头下行插入食金液内部时，合金液的溅动首先在冲头 接融处迅速形成一薄层硬壳。这一薄艨硬壳每原先的敞开式结晶硬壳缀成了一 个封闭式的硬壳型腔，尚未凝固的激度较隧的合垒波则被封闭在这硬壳型腚 内，此时增加了一个凝瀚前沿，合金液内自然对流路线发生变化。这样使那嫩 眙尔滨理工太学工学硕士学往论文 冀_ 目_ _ _ e _ 0 _ t - _ t j _ _ _ _ _ 躺e e 目_ 目- _ # e 篁。自_ _ _ _ e = 置_ _ _ 目目# e 自_ 目= 岢_ e 自_ 自= e 自l _ _ 自j 嚣i , , ii - _ 与硬壳结彳寻不牢的技晶折颤、脱落和重新游离子合金液中，同时也使那些岛硬 壳层结合较牢固的枝晶发生稍许的转向和位移，改变了其原来与型壁垂直的方 位。当冲头继续下行至蝥腥封 j j 时，合金液将发生向上的反向流动，新老缁晶 硬壳绥形成一个交截甏豹逶遂。这辩台余液流动的凌能大，对凝霞蓠漆发生强 烈的净剧作用，多余合金波通过凸、凹型间隙摊必，如图1 - 1 ( c ) 所示。 ， 施压阶段，在压力作用下，被封闭的型膛内的合金液继续反向流动，同时 发生等静压下的结晶凝固和凝阐外壳的翅性变形。这时，型壁和制件麓之间因 收缩产垒翡阉隙被清豫，并对合金液凝霞静收缩进葺亍补缩。绦匿除段，鸷闭型 腔痰含衾滚波动瞧大必蜂低，只能在凝固兹沿附近作短距离的迁移，某对 剡，还发生向下的回流，如图1 - 1 ( d ) 所示。随着保压阶段的继续，这种情况类 似于闭式型膛镦粗，制件不断得到密实，制件可达到或接近锻件性能。 1 。3 液态模锻工艺特点 1 。3 1 液态模锻工艺特点橇述 液态模锻是一种借鉴于压力铸造和普通热模锻工艺而发展起来的新型金属 糖工工艺，它包含了聪力铸造鞠昔逶热模锻豹若午穑点，因稀综合7 鼹释工艺 豹钱点f l “蚓。 1 。3 。2 液态模锻与压力镶遗王艺特点对比 压力铸适时液态金属在裰斑的辩闯海被简速( 约1 5 7 0 m s ) 聪入黼台稚鍪 羟。在这榉玻高妻冬速度下，型腔痣豹空气不霹8 及黠完全接毖，戮瑟残蜜麴气 体极易进入铸件，形成皮下气泡。蹩越厚气扎也越大、越多，且易产生缩孔或 裂缝。液态模锻时液体金属是童接注入型腔内，由予浇注速度低，而且上模的 下降速度缓慢而稳定，气体大部分可以从型腔排出。液态金属在高压下结晶， 不致因体积枝缩丽产垒缩耗或缩松。另井，溶予金耩滚静少鼗气体在缀高鼢压 力下存馨在霹 奉中，不会牲工转内形成气孔。对子厚壁传，滚态模锻比压铸工 艺更显出其优越性。 压力铸造时，金属液怒借助浇淀系统传递压力，这一压力虽然也较大。但 当液态金属被压入登腔后，由于浇道较长，而且浇道蟹的金属眈铸件冷帮得 浃、凝露褥晕，鹾力不可裁终惩在铸件上壹爨绥晶完毕，医戴，型怼攫豹金属 在压力不够充分豹条馋下结晶，褥不到於缎豹地方也会形成缨孔，鑫糖也鞍粗 大。液态模锻时，由于没有浇注系统，当上下横闭合后，金属液便在充分的压 堕玺鎏耋三奎冀玉兰堡圭兰竺鎏蚤 力下结晶或形，因丽组织毁密均一、晶粒鳃诧h ”。 压力铸造掰需的浇目、浇遂及模篡结梅复杂，蕊工费用离，浇注系统耗藤 的金属量相幽大。液态横锻的模具比较简单、紧凑，不需要设鬣浇口套、唢 嘴、浇注系统等机构，如图1 2 所示。模具的加工赞大大低于压铸模，使用寿 念也较长。戮无浇重蜀系绞，金属材料葶1 1 月搴逛鞍蕊。 压力铸遗时金属多获铡嚣进入鳌藏，缀难避兔蔽嚣冲击帮产焱涡流瑗象， 这就会影响尖棱铸件或夹芯铸件的质墩。液态模锻因为没有浇邋，也就没有产 生涡流的条件，金属液按工件整个截瑚向上移动，平行于模底而无正面冲击现 象，辑戳铡转豹囊量无上述壤象获造威秘蛱錾。 压力铸造需要专门静压铸辊，设备投资大，焉液态模锻氍w 糟专门液鹰 机，也可用通用液压机，设备投资小。这对于推广威用液态模锻工艺是极为商 利的因素。 盛 满注 搦一晕 加压顶出 圈t - 2 液态模锻工艺流程示意闰 f i g 1 2t h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f l i q u i ds t a t ef o r g i n g 。3 。3 液态摸锻每警遴热模锻工葱特点对毙 液态模锻制件的强度指标可以按谶或达到锻件的水平，原因是金属液在充 足的压力下凝固结晶，其组织很致密，制件在纵向和横向所具有的力学性能骤 比普通热模锻豹毛坯均匀1 2 2 j f 2 3 1 。 滚态穰锻潮俸舞形灌确、精度离( 1 w l 礴) 、裘嚣粗糙度低( r a l 。6 p r o ) ， 有时可以不必再进行机械加工，而普通热模锻件要达到这样高的精度是相当困 难的。 由于渡态模锻是在封蠲戆模具型黢内藏形，婕液态金属充满懋齄要毙固态 静金属塑性变形容荔褥多，敌成形| | 箩 鬻能量低，所鬻设备静睫位只相当予普潺 丞舭 燕模镶熊i 5 1 躇。 液态摸锻可以一次贼形，不豫鼹通热模数那样多型横，网颟能摁离势渤生 产率，而鼠叉可减轻势幼强度。此外，液态模锻迩可以节约热作模舆钢及篡加 王夔罱搿嗡l 。 由予液态禳锻酌成形压力沌瞽遥热模锻低褥多，故模其帮命显藩捷离， 般为5 万传，有的甚徽可达l o 万俅。 1 。4 液态模锻设备 1 4 1 嘲外液态模锻设备的现状与发脱 目前世界各豳进杼液态模锻生产酶各j | l 申液聪桃大约有1 0 0 0 台，其中髓本 宇嚣公镯岱裹獒v s c 秘h v s c 系捌液态接锻穗蠢2 5 0 叁。 各戮液态模锻梳总数与聪铸帆榴比还怒很少的，而艇分布也不均匀，较多 集中在鼗溯建嚣，其拳囊要是嚣零。瞧是i 曩年袋，滚态摸锻椒簿抉速璞臻瓣趋 势，在西本太多数压铸厂都配有一恕数量的液态模锻枫。一烘性能餮求蔼的铸 季，蓊麓气寮整、毒耐磨犍及嚣弱滚热链爨鹣铸终蚜壶酱道殛铸改受液态模锻 工麓生产# ”1 2 a l 。 欢蓑器嚣，囊予装菇鑫蕨送耱设备( 翔实懿控制、粪空聪铸等) 耱锻缀浚 备比较强，过去澍液态模锻的发展槌对不够重视，但近年来套明显改变，大部 分懿歪镑鞔生产厂豢豢营逶鞋式韪褥掇上蒎蠹液淼摸镶鞭技术。攒懿璇士蠢 勒公司率先在卧式压铸机上实现液态模锻。其特点是通过低速究型和实时控制 的方法，避免气体静潜入，弼掬大内浇遂犟嚣控镧摸其温发等方法霹液态盒耩实 麓液态模锻。 蔫兰p r i n c em a c h i n e 公霹、法霞琵公司滋波美国g r a a d v i l l e 程m i c h i g a n 公司联合辨发的满料筒( f m l s l e e v e ) 液态模锻技术，也是农普通卧式鹾铸机 上突瓒液态模锻过程辨l ，冀工艺过程分为3 个步骤：首兔怒向匿射料筒内 t 0 0 充滚佥属液，然蘑缓慢地怒念瘸滚乎稳她蘑入铸型型黢，最焉让金簇滚 在燕压力下凝露。 日本承芝公间新避汗发成功水平合模羲直按聪电磁裂供镪水的掰型波杰模 锻概，黧埒为d x h v 3 5 0 - t t 海融避日一台此设备。 。4 ；2 溺鸯凌悫横徽设蠡辩壤状毒笺器 我嚣液态模锻接带发浸较提，砖琢苏联、目、美摆地誊矬璞较大熬差鼹， 芝玺鎏耋三蠢耋三兰黧圭耋耋黧兰 就箕液态模锻设备而言，我国主要怒四柱万能液艇机。天津锻隘机床厂生产了 全翻动1 5 0 0 0 k n 液压波锻机，用于汽车铝念金轮毅生产线。济南铸锻研究所也 生产了一种液压液锻机，该机较之万能液蕊机有了很大的进步，增加了一藏功 能，但仍不能潢足波态模锻的要求。 在我豳由于近年来摩托率行业的利润下降，使部分液态模锻液压机改做它 用，傻现谨用于液态模锻的液压枧鸯所减少，但仍保持肖1 0 0 台左表，最大设 备的合模力为1 5 万k n 。但我国的设备多为国产酱通万能液瓜机，而且几乎全 靠警工操作，虽然成本较低，但生产效率也僬，蔟量控铡难度大。 在裁因台湾液态模锻也有所发展，台湾有一艇业生产液态模锻机，并已售 到犬陆。秘兹台湾最大渡态模锻规融迭l 。2 万l ( n 期1 6 万k n ，液态攘锻彳譬产 量融占铝雁铸件的5 。 我鏊渡态摸锻设冬发展一蹇缀凝，实繇盛弱不够广泛，至今都没骞开发耪 生产出高水平的液态横锻机，这是制约我阑液态模锻技术发展的最大瓶颈。 1 5 液态模锻应用及发展 1 5 1 液态横锻应用概述 各国液态攘锻豹产荔，秘潋汽攀、摩托车、家邀等拯羹太瓣零帮锌爻主， 通过固溶热处理，并提高其力学性能，或提高其耐磨性、抗渗漏性：取代砂型 或鑫属型铸遥，使铸伟肉郁錾绫更教密，袋蟊轮薅更清晰，尺寸精度更毒；取 代锻造、热挤压等工艺，以降低成本，简化工艺。 国舞产品较多，爨体有灞塞、汽车轮毂、摩争卺车轮毅、横粱f 十字梁) 、转 向节、下支臂、卡钳、外部卡钳、制动卡钳、a b s 零件、调制器壳体、制动器 主瀣、发动梳支椠、舔缩梳满轮、疆缩梳零佟、动力转向部件、动力转两壳 体、油泵、门锁、多支管、燃料分配管、拨叉、涟杆、泵壳体、摇臀、鼓擞驱 动嚣箱体( 影褫粥) 、主轴衬套、压綮环、影像磁鼓、热扳、曲柄、方向轴、车 架接头、铝高压锅及炊具、铡合金阀体、浩具件、轴套簿。 我国液锻技术1 9 5 7 年就开始研究，6 0 年代后期，此项技术逐疹发展并陆 续髑于生产，其产品有汽车滋塞、搬轮坯、涡轮、电磁铁壳体、风扇皮带轮、 生活用的离压锅、拉熊机的收线盘、货率铲板、法兰、电机端盖、汽车的轮 毂、模具坯等，郄分工艺参数妇表1 1 所示。 近几年来，在军品中采用液态横锻研制出了一批零件，如8 5 m m 气缸隧翼 座、追击炮下体、规捻捻管支架等。 篁玺堡矍三銮耋三兰塑圭耋簦蕊兰 1 5 2 铝合金液态攘锻 铝合众液态模锻当前应用最为广泛，例如；大、中、小型柴油机活塞 ( 裙) 、小汽车摩托车零件。液态模锻活塞生产的原因怒由于驻共最、共晶、 过共晶的a 1 s i 台金材质，液锻件综合性能超过了普通的模锻件，另外液态模 锻孵，可以直接把耐縻繇及冷却通邀埋入其中，大大地提高了活塞寿翕，怒普 通模锻远不能相比的一6 1 。在其它一些铝含金及其复合材料的液锻方面，谯国 内筋套有大豹进展及应翅，锅台金属予蚤黔金属孝蓐辩应照最多的。 表1 - 1 部分液态模锻件的工裁参数 t a b l e1 - tt h et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r so f f o r m i n gp a r tu s i n gl i q u i ds t a t ef o r g i n g 液态模模具预开始加 单位 保压 液态模锻件 材料 锻滋度热湿度压时间压力射间 ， ，s，m p as 空压机连杆 l d l 07 3 0 7 5 02 5 0 0 0 03 51 0 01 5 柴油机活塞 l d l l7 3 伊一5 02 5 0 3 0 06 0l o o6 0 汽车轮毅 z l l o l6 4 0 6 7 02 0 0 3 0 03 01 5 04 0 漓泵壳体 z l l 0 47 2 和7 4 02 3 0 03 - 56 0l o 高胀十字接头 h n i 5 6 3l0 3 0 1 0 5 02 5 0 3 s o6 89 03 0 商援活门润俸q a l 9 - 2 l | 5 各一1 1 7 02 5 备- 3 5 0s 1 01 5 02 5 载艇汽擎减速 z q s n l 0 1 1 0 5 0 l1 0 02 2 0 2 5 01 2 1 41 5 03 5 4 5 器瓶轮 空气过滤器 z n a l l o 54 0 0 4 5 02 0 0 2 5 03 51 5 0l o 1 5 减压躯巍 农药泵阀体 z h p b 5 9 19 5 0 1 0 0 02 5 3 5 06 1 02 0 03 0 拖拉枧减速 q t t 2 0 - 1 1 2 8 0 - 1 3 2 03 0 0 4 0 0l 之7 6 01 2 l s 齿轮 兵器杯形体 2 01 5 0 0 1 5 2 03 5 融4 0 01 23 3 03 0 潦岩视缸体 2 0 c r1 5 2 莎- 1 5 6 04 0 0 - - 4 5 01 也3 0 05 1 0 机枪枪管支架 2 0 c r n i m o 1 6 5 0 1 6 8 03 1 5 3 7 08 92 6 05 1 5 3 镧合金液态模锻 铜锌系黄铜。液锻可细化组织，对铅黄铜能缁化质点，其组织与锻造缎织 很棚 | ；l ，笼显微空洞骘骧松，丽渡锻 牛组织中的a 基体嚣向嗣性，易缨化。锡 青铜和锚青铜液态模锻均可获得细小等轴晶组织m l ，是改善合金性能的重要手 段。镪锡鸯铜钓耐褒热逛锝剿了改喾，锻青镊及其它茏镊青镝，盔匿力下缝 啥衣滨理工大学工学磋士学位论文 螽，改变箕( 8 + 磐) 共菇缝绞为辗缯夔g + ( g | ，) 共晶楣，鄄戏为瑟静荚鑫缝 织( r 是阉熔体，硬而脆) 。压力下，共晶体右移有利于合金翅性提高。从整 体来看，聪力下缭鑫，碍戳大幅度掇窿力学往能。 。4 铸铁和铜液态模锻 铸铁液态模锻时，在压力下结晶，抑制石墨化，可出现自口。压力下结晶 会便共晶铸铁、i 蓬共晶铸铁获得亚袋晶缀织或共黼组织，同爵键使石墨细德， 并成为蠕嫩状、球状析出，有类似于球化剂的作用。铸铁在压力下结晶所生成 的渗碳体，在石麓佬退火对，祈出速度瞬髓增藤，并生藏石墨纯商静石墨鞠。 在臌力下结晶可细化组织，明显地提高其力学性能。 压力下使铁m 碳平衡图发生变纯，液襁线和圃相线温度升高，艿稽酝缩 小，f e - f e 3 c 拭折点向低温和碳含爨降低方向移动，r 相区扩大，口相区缩 小。压力下结晶埘细他结晶缀织，掇商成分的均匀性，使金属夹杂细化并分布 均匀f 3 8 0 “。 1 5 5 其它合金液态模锻 如镁含金、锌合盒等，氍力下结晶均裔细化晶粒、皴密组织、摁高力学性 能懿作用h “4 3 】。 在锌麓合会方面，国内研究开发的重点是高强、麓耐磨z a 2 7 铸造镩合 金。由予其有续晶湿度范墨赛及先辑是攘与剩余滚楣熬密度差较大等凝蝴特 性，在通常铸造条件下易产生缩松、偏析等缺陷，因而影响了其力学性能和使 用烂戆。嚣液态模锻工艺委好可磐决上述瓣题，只要工笼参数选嚣霉当，缀适 合采用液态模锻工艺生产。液态模锻可使z a 2 7 铸态晶粒细化，硬质点相分布 麓匈，减少了寝力集巾程度，镬裂纹键饯，可改善箕瓣瘗蛙，并撬予黄镳台 金。目前，z a 2 7 合金融开发用于泥浆泵涡轮的生产。 关予矮舍金液态摸锻多震瘸按液态模锻工艺，在字部h v s c s 0 0 液态穰锻 机上，采用半固态流变铸造方式，开发了a z 9 1 镁合金产品。我国曾用液态模 锻工艺开发生产了滚态模镶镁合金攀工零 牟，铡魏试割遗滚态模锻飞橇莛薄架 镁轮，以取代锻造镁轮。目前，国内已成功制成摩托车镁合金轮毂。 1 5 6 美合材料液态模锻 金属与金藩、金藩与菲鑫耩液态模锻簸台榜辩已褥爨了广泛鹣瘦糟。鹾本 r a t 金属正业利用液态模锻铝基陶瓷纤维材料生产活塞，其性能优异，应用面 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 广，获得了很高的市场评价。液态横锻复含材料在航空中的应糟；美国把液态 模锻复合材料技拳用于f 1 5 战斗机，重量减轻2 0 。生产的发动机叶片比钛合 金辍，刚性好；原苏联也把液态模锻复合材辩用于安2 8 ，安2 7 飞枫上：美国 耗资1 5 0 0 万美元，研制了连续碳化野维增强6 0 6 1 、2 1 2 4 铝合金，分别用于战 斗机的垂逝尾翼和冀根，其翼展为3 8 1 0 m m ，翼校长1 0 2 6 m m 。 液锻复合材料在航天工业中的应用：美国d w a 公司应用石墨纤维增强铝 基复合材料为n a s a 和l o c k h e e d 公司制造卫星上的波导管，其波导管不但轴 彝舅发好，露且迎骧有蠢墨绷；氧一铝媛复台巷l 造数波导管轻3 0 。除此之夕 还 有航天飞机桁架、卫星抛物面天线骨架等。 滚锻复合材料在兵器孛嬲应用：美嚣a r c o 公司开发s x a 燃料代替 a l s l 4 4 1 0 制造装甲车膜板减轻了装甲率重量，提高了寿命。该材料也用于 导弹导靛系统孛仪表乡 壳，战零坦炎豹光学红终隧准镜部转。美翻l t u 公 司威用s i c a i 复合材料制造了战术导弹发动机壳体、航扳；美国海军利用 s i c a 1 笺念耪糖翻造惫霍、拳霉羚受等1 4 4 j 4 5 1 。 我国在液态模锻复合材料方面做了不少工作，尤其在铝基复合材料方丽， 每冬匏国蠹学零会议及杂恚土发表论文约蠢2 0 蔟。其中，撵浚复合耪糕瀵塞 的液态模锻研究，采朋了氧化铝纤维制成梯度纤维体积分数( 1 0 ，2 0 ， 3 鼢) 静鼗隶l 串，然嚣液态模锻藏梯凌a 1 2 0 9 z l l 0 9 复合耪精藩部增强熬锻活 塞，经检验，复合材料之间、复合材料与慕体之间的结含良好。采用梯度复合 毒| 粉潮造静滔塞懿有蘸好豹隔热效暴。 挖土机履带板体的液态模锻工愁研究，是用半固态搅拌法制成质量分数为 1 0 敬a 1 2 0 3 鬏粒7 a 0 4 变形锚合金复台丰季辩浆释，荐与7 a 0 4 蒺俸锫含金起 浇入履带板体的液态模锻铸型中，并进行液态模锻，所获板体毛坯的外层怒质 量分数为1 0 的a 1 2 0 3 h a 0 4 复合奉孝辩，黻据离箕耐黪往，内层为萋傣韬合 金，有较好的强韧性，与单一合金的履带扳相比，提高了使用性能： 用液态模锻正艺直接成形铝基麓合材料管、棒、型材研究洳】，蓠先祷增疆 剂制成预制件，预热后覆于液锻模中，浇入液态众属，经压力浸渗秘保压聪直 接液锻，以制得复合 曾科管、棒、擞材。此方法简化了先铸键后二次挤压的传 统工艺，囊接成形管、棒、型豺。由于此工艺伴随液态袅属流动和凝固金属的 大鞭性交形，导敬出现纤维潞变形方向分布的组织特征，由于该方向增强效栗 明鼹，联嗣呈捌性1 2 1 特征。该| # 纛还研究了用此工艺生产的a 1 2 0 3 短纤维 l y l 2 和a 1 2 0 3 颗粒l y l 2 两种复含材料管、棒、型材的组织与性能。国内的 上述研究王终，均为镪基复合姥料豹产业化应用提供了农绘篮驰技术方案。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 国内利耀纾维复合材辩制造不同憾能要求的零件也有报导，铡如：双垒 耩、纾维强像经活塞，纤维复合榜精搂篡等。 1 6 本论文的主要研究任务 l 。根据汽擎空调器撼盘结构及性鼹要求，以及强外产晶材瓣化学成分翻 质量分数，德讫选取试验麓锚合金； 2 根据摇盘结构尺寸。设计并制造一套模具，充分考虑凸模和凹模间 隙、脱模斜度、排气方式和模具材料； 3 。极据攥袁搂其矮黧髑模其预热瀑崖，设计模熬预热方式； 4 根摇摇盘的质量，设计莠隶造定量勺； 5 对模飙预热温度、铝合金浇注温度、施加的压力等工艺参数进行试验 研究； 6 对液态攘锻接鑫产熬孛窭瑷熬缺貉迸毒亍分瓣，著提塞鸯遴爨溪狳爨 施： 7 通过对摇盘宏观和微观组织及断口分析，力学性能测试，总结出摇搬 成形的最佳工芑方案和工蕊参数。 堕堡篓耋三查鬈三兰篓老兰竺鎏兰 第2 章试验用材料及试验方法 2 1 试验用材料 孺盘爨汽车空调器渤作执行机构的一个主要零件，艨件从韩国进口，材料 为日本牌号j i s - a c 8 c ，a c 8 c 化学成分和一般性熊如表2 1 和袭2 - 2 所示。摇 盘在工作过程中，传动力较大，随着方向的改变，会使摇盘受到冲击，所以， 要求摇盘有较高的冲击韧性，较好的强度和硬度指标，表嚣光波度较离，同时 严格控制缩松、缩孔、裂纹、浇不足、分层、气孔、夹杂等缺陷产生，这些严 重影响摇擞囊量。根据掇盘的结构尺寸和工作环壤要求，选用4 a l t ( l d l l ) 铝合盒试验用材料，化学成分和般性能如表2 3 和表2 - 4 所示。 袭2 - 1 铝合焱j i s a c 8 c ( 秘本牌母) 髀他学成分 姒。) t a b l e2 - 1c h e m i c a le o m p o s i t i o n ( w e 1o f j i s - a c 8 ca l u m i n i u ma l l o y ( j a p a n e s e ) 兀 s ic 毡 m g n if e t im ns nz np bc r a l 素 含8 5 2 o -o 5 一 4 = 0 ) 使熔点升黻。结合试验嶷际情况和液态模具对浇淀滠度的要求，浇 注漾度逡淑在7 2 0 8 0 0 。c 之瓣。 喜o o 8 y7 0 0 警 6 s 4 0 0 斑 鑫9 0 e 么 陵 l x 强歇 1 2 s 5 7 7 + e n ( a 1 ) q ( a l ) s i 1 02 03 04 0 5 0 袋糍聱s l 啜2 3a i - s i 系耀嚣 f i g ，2 - 3p h a s i cd i a g r a mo f a l * s i 2 。4 3 攒热温度逸撵 模冀酌预热激发谯奉磷究孛楚一个菲鬻藿黉戆参数，因为鞭燕湛菠会豢搂 彩璃裁佟秘组织翻模纂秘捷蠲淹螽。鞭熬懑瘦太簿，会使形捩濡要豹过冷发澎 残熬辩阗鼹长，这栉套便形核率降戴，生成簿轴黥的凡率氇潜骶了潮；太离的 预热温度会使模具表筒的耐压、耐冲击性降低，增加模具的麟攒，结念试验的 实嚣鼹娶模蒸预热澄发选在2 2 0 2 鹪之阊。 2 。s 试骏工艺方案的确定 雄试验采用保持服力、预热溢度瓤浇注濑魔熊中蕊个参数不变，另外一个 参数在灏取范量建按定颁露变织靛方法进行试验搽索，罨求最娃匏工慧参 数。禳攒试验基静秘试验特点确定7 - 3 套试骏穷索，如表3 s 、袭3 - 6 秘衮3 砖 所示。 兰奎篓堡三蠢意纛耋堡点兰竺鎏吝 。 褒3 - 5 试验方案1 f i g 3 - 5e x p e r i m e n t a ls c h e m e1 滤注温度施加压力 预热温度开始加压时僳压时闻 序母 t ( )p l k n )t ( )蠲f ( s ) ( s ) l7 2 01 8 2 4 0 75 0 27 4 01 8 0 02 霹0 75 0 37 6 e1 8 0 02 4 0 亨5 0 47 8 01 8 0 02 4 075 0 58 0 01 8 0 02 4 075 0 褒3 - 6 试验方案2 f i g 3 - 6e x p e r i m e n t a ls c h e m e2 浇液滠寝旒艇矮力联热湛度野戆按蓬时餐压靖灏 序罨 t ( )p ( k n )r ( )间f ( s )t ( s ) l 7 6 01 6 0 02 4 075 0 2 7 6 01 7 0 02 4 0 75 0 37 6 01 8 0 02 霹o75 0 47 6 0l s 5 2 4 075 0 57 6 01 9 0 02 4 075 0 2 6 性髓测试 液态模锻后，性能测试辅缀织观攥之前，摇盘颁进行热处瑕，热处理参数 魏瑟2 - 4 爨拳。 2 6 1 维氐硬度的测试 试样用6 0 0 # 砂纸轻轻双筒打磨，随后点即测试硬度。硬度测试在h b r v u 一 1 8 7 。5 鍪蠢洛缝党学硬泼诗土滋蠢，选趱维氏金裂舔茅嚣棱整钵滕头，实验力 为9 8 0 n ，溺试范溺1 4 1 0 0 0 h v ，显徽镜放大倍率为3 7 + 5 倍，僚丽2 5 x 秘镜， 羹镶毅轮最小分发毽1 = 0 0 0 4 m m ，攘栽瓣阁洚1 5 秽。 为了减少试样的不均匀性和仪器的偶然误差带来的影响，将每个试样打5 个纛，硬度测试黧位凳甏2 - 5 瑟示。将s 狡辩嚣试缩栗豫簿最大德疆最枣篷器 堕奎篓耋三娄耋三兰黧老耋堡鎏蚤 表3 7 试验方案3 f i g 3 - 7e x p e r i m e n t a ls c h e m