[发明专利]一种铝合金连杆的反重力挤压铸造装置及制造方法

说明书

技术领域

本发明属于采用挤压铸造工艺制备零件技术领域，特别涉及一种铝合金连杆的反重力挤压铸造方法及模具装置。

背景技术

连杆作为发动机的关键零部件之一，由连杆体和连杆盖以螺栓连接而成，其工作过程中主要承受燃烧爆发力和往复惯性力所产生的拉伸、压缩、弯曲等高频交变载荷，工作条件恶劣，运动状态复杂，疲劳、磨损、震动等影响连杆的使用寿命。因此，要求连杆既要具有较高的强度和抗疲劳性能，又要具有足够的刚性和韧性。

近年来许多科技工作者提出了多种合金液态成型技术，如高压铸造法、低压铸造法（含重力铸造）。高压铸造法是通过压铸机用高压高速将液态合金压射入成型模具型腔中冷却定型来完成制品的成型，其充型速度快，但是压射过程中常出现排气不良，合金液卷气，使铸件组织含气，且有冷隔、欠铸等缺陷，导致制品的机械性能降低，不能进行热处理。低压铸造法是通过压铸机用低压低速将炙热的液态合金压射进入成型模具的型腔中，冷却定型完成制品的成型，其充型速度慢，时间长，模具排气较充分，铸件的含气量减少，但是铸件的冷却凝固过程所受压力不足，使得组织疏松，晶粒粗大，机械性能较低。

目前，国内铝合金连杆的加工依赖于传统机械加工方式，先将整体连杆毛坯锯切为连杆体、连杆盖两部分，再采用磨削方式加工两者的对合面。该加工工序繁多，效率低下，且受定位精度影响，制造的连杆承载能力与装配精度受很大限制。在国外，已采用粉末冶金技术、半固态成型技术制造铝合金连杆。美国专利号：US20020148325A1，提出了采用半固态成型技术制造裂解型铝合金连杆。该专利提出将特定成分的铝合金制作成半固态原料后挤压注入连杆模具成型，后续经淬火热处理、人工时效调节铝合金连杆的强韧性，使其在室温条件下能脆性断裂，满足连杆裂解加工的要求。它存在如下不足：半固态铝合金原料的制备工艺复杂，成本高昂，其冷却后形成的晶粒过大或过小均影响连杆的强韧性，后续的热处理对连杆性能的影响复杂，使连杆裂解加工时易出现大头撕裂、裂不开、掉渣、断裂面变形等问题。

由唐全波、姜巨福等发表的“ADC12铝合金连杆挤压铸造”，特种铸造及有色合金，2006，30（7），提出了直接挤压方法形成的铝合金连杆，用此方法制造的铝连杆结晶组织很细腻，无疏松、表面质量和力学性能较高，但存在如下缺点：1）浇入型腔内铝熔液的数量和温度控制要严，考虑铝熔液经挤压、凝固后体积收缩问复杂，否则连杆坯料的成形尺寸达不到技术要求或因铝熔液少了，而使金属组织疏松，因而产品合格率低，操作技术要求高；2）由于浇注后、开始加压前，液态金属液容易在尖角或窄腔处形成自由结壳，加压后自由结壳被挤破，金属液将其包裹在其中，易形成夹皮。

反重力挤压铸造是一种铸、锻合为一体的少切屑或无切屑工艺，液态合金经压头的挤压作用，以低流速、大流量填充型腔，待金属液处于准固相区时，继续挤压合金实行高压强制补缩。该方法克服了高压铸造法容易卷入气体和氧化渣的缺陷，有效改善了低压铸造法凝固压力不够而造成的组织疏松，晶粒粗大等缺陷。另外，在热压条件下，裂解用的箔材与金属液反应所形成的熔合界面致密，界面内部的所有体积缺陷得以压扁，界面附近生成的氧化物通过扩散作用与基体材料黏合，从而，在连杆毛坯中形成理想的裂解界面，以提高连杆裂解效率，保证裂解质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种裂解型铝合金连杆毛坯的制造方法与模具，解决采用传统机械加工铝合金连杆工艺中存在的工序繁多，材料利用率低、机床设备投资大、刀具及能源耗费多等问题。

本发明在模具型腔内预先放置裂解材料，通过扇形浇道与分流锥的合理分配进入型腔的金属液，使箔材两侧的金属液同步上升，减少充型过程中金属液对箔材的冲击，冷却后在连杆预定的分割区内形成的裂解界面。后续实施裂解工艺时，连杆沿预制的裂解界面断裂剖分，可避免出现裂纹分叉或裂解面偏移等缺陷