專利名稱：一種汽車空調壓縮機斜盤的鑄造方法及模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及鑄造技術領域，尤其是涉及汽車空調壓縮機斜盤的鑄造成 形方法。技術背景現代汽車均配置有汽車空調，"結構緊湊、重量輕、效率高、功耗低、 可靠性好、制冷效果好."一直是汽車空調發展的目標。空調壓縮機對于空調 的性能好壞起著非常關鍵的作用，目前，在汽車空調上廣泛應用的是斜盤 式空調壓縮機。由于使用中空調壓縮機的轉速高(正常情況下4000 5000rpm，最高達7000rpm)，因此對于斜盤式空調壓縮機的關鍵零部 件一斜盤有較高的要求。性能優越的斜盤不僅重量輕，而且有高的強度和 耐磨性，以適應長期高速運轉和惡劣的工作條件，提高空調的可靠性和延 長使用壽命。斜盤的材質主要有鑄鐵和鋁合金。鑄鐵斜盤件與目前的轎車輕量化發 展趨勢背道而弛，且鑄鐵斜盤存在壓縮機功效低，能耗大的缺點。因此， 鑄鐵斜盤已逐漸退出轎車空調市場，而鋁合金斜盤則成為當前斜盤式空調 壓縮機的首選和主要來源。市場調研發現，目前鋁合金斜盤采用熱模鍛成形，材質主要為A390合 金。A3卯合金是過共晶的Al-Si-Cu合金。發表于《住友輕金屬技術報告》 1997年第38巻第一期的文獻"汽車用鋁合金的發展動向"在第53-71頁(自 動車用7》$ 二々厶合金o動向，住友軽金屬技報，38 (1997)， 1:53-71) 介紹了 10缸雙向斜盤式定排量壓縮機，其壓縮機的斜盤采用過共晶A390 合金，熱模鍛成形后經T6熱處理提高斜盤的強度和硬度。采用熱模鍛成形 方法生產斜盤主要存在以下缺點1)需用定制的A390連鑄坯料，并經定 量切割，以保證每一件鍛造后斜盤重量及尺寸不能超差。2)料坯須加熱至350 50(TC范圍內方可進行成形，耗能大，成本增加。3)高硅鋁合金的塑 性變形小，熱模鍛成形時鍛件容易產生裂紋缺陷，導致成品率降低。4)熱 鍛造成形時需要的鍛造力大，所需設備的投資高，并且模具壽命短。中國專利文獻"一種汽車空調壓縮機鋁斜盤的制造方法"(申請號 200710026654.1，公開號CN101011732A)，采用了擠壓鑄造或稱液態模鍛 的方法制造汽車空調壓縮機的鋁合金斜盤件，其合金成分接近于A390。該 專利申請文件中所描述的鋁合金斜盤制造方法主要存在如下問題1)擠壓 鑄造或液態模鍛斜盤時，料筒內的鋁合金料，包括筒壁凝固形成的硬殼、 涂料、氧化皮等全部進入鑄件型腔，成形后鑄件內部容易形成夾雜缺陷， 機加工后的零件成品率低。2)充型流動不暢，容易形成冷隔,且熱處理后鑄 件底部容易起泡，廢品率高。若需消除熱處理起泡，須采用抽真空的方法， 額外增加了操作工序，且鑄件整體質量波動大，不穩定。3)擠壓生產時， 只能做到一模一件，生產效率低。發明內容本發明的目的在于提供一種汽車空調壓縮機用斜盤的鑄造方法，制造出 內部夾雜物含量少，結構致密的優質鋁合金斜盤。本發明的目的還在于提 供實施上述鑄造方法的模具。汽車空調壓縮機用斜盤的鑄造方法，具體為1) 對待處理的鋁合金料作熔化處理，得到熔液；2) 將熔液注入預熱后的模具料室，合模；3) 向料室內熔液施加擠壓壓力，使得熔液通過澆道從側面平穩流入型腔；4) 熔液充滿型腔后，從型腔垂直方向的一端向熔液施加保壓壓力， 使得熔液凝固后得到的鑄件致密；5) 在熔液完全凝固前從型腔垂直方向的另一端向熔液的中心處施加補縮壓力，消除凝固后的鑄件中心處的縮松；6) 補縮壓力維持4 10s后，取消該壓力；7) 待資道與型腔交接處熔液凝固后取消料室內的擠壓壓力；8) 型腔中的熔液完全凝固后取消型腔的保壓壓力；9) 開模取出鑄件。上述鑄造方法使用的模具，包括動模型板5貼合在定模型板4的上表 面，定模型板4內設有料室2，擠壓沖頭1位于料室2內；其特征在于，定 模型板4與動模型板5的接觸面處設有澆道7和型腔9，澆道7的一端與料 室2連通，澆道7的另一端與型腔9的側壁連通，型腔9的頂部和底部各 設置一通道，兩通道內均設有沖頭，兩沖頭遠離型腔9的一端各自連接一 個加壓油缸。本發明具有以下技術效果(1)在料室中當擠壓沖頭上擠，干凈熔液通過澆道平穩流入型腔，而硬殼、涂料、氧化皮等雜質會殘留在料室內，從而使得鑄件內部夾雜物含量減少，表面質量及外形尺寸精度高；(2)通 過向型腔頂端和底端施加補縮壓力，保證鑄件致密。(3)通過控制從澆道流入到型腔內的熔液流動速度及型腔排氣，保證流動平穩，不巻氣，鑄件 熱處理不起泡。
圖1為本發明的鋁合金斜盤鑄造模具結構示意圖；圖2為本發明一模一件制造鋁合金斜盤的模具實施例示意圖；圖3為本發明一模兩件制造鋁合金斜盤的模具實施例示意圖；圖4為本發明實施例得到的A390鋁合金斜盤鑄件微觀組織示意圖； 圖5為現有技術鍛造的熱模煅A390鋁合金斜盤煅件的微觀組織示意圖。
具體實施方式
下面根據附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。汽車空調壓縮機斜盤的鑄造方法包括以下步驟1) 對待處理的鋁合金料作熔化處理，得到熔液。2) 將熔液注入預熱后的模具料室，合模。3) 向料室內熔液施加擠壓壓力，使得熔液通過澆道從側面平穩流入 型腔。澆道與型腔交接處的熔液流動速度控制是充型流動平穩與否的關鍵。試驗研究表明該交接口處的鋁合金液流動速度控制在650 1000mm/s可 獲得不巻氣，即熱處理不起泡的斜盤擠壓鑄件。4) 熔液充滿型腔后，從型腔垂直方向的一端向熔液施加保壓壓力， 使得凝固后得到的鑄件致密。5) 在熔液完全凝固前從型腔垂直方向的另一端向熔液的中心處施加 補縮壓力，通常而言，補縮壓力可在保壓壓力維持6 12s后施加，壓力不 小于20MPa，否則有可能無法將沖頭壓入鑄件內，導致凸臺中心的縮松缺 陷不能消除。6) 補縮壓力維持4 10s后，取消該壓力；7) 待澆道與型腔交接處熔液凝固后取消料室內的擠壓壓力；8) 型腔中的烙液完全凝固后取消型腔的保壓壓力；9) 開模取出鑄件。本發明主要釆用間接式擠壓鑄造或液態模鍛成形，它釆用水平曲面分 型，鋁合金液從側面充型后在型腔頂部及型腔底部實施保壓或補縮加壓。 在料室中當擠壓沖頭上擠，干凈熔液通過澆道平穩流入型腔，而硬殼、涂 料、氧化皮等雜質殘留在料室內，從而使得鑄件內部夾雜物含量減少，表面質量及外形尺寸精度高；通過向型腔頂端和底端施加壓力，〗呆證鑄〗牛致 密；通過流速控制有效防止起泡，降低了廢品率。為了實現上述鑄造方法，本發明設計了相應的模具。圖1為本發明實 施上述鑄造方法采用的一種模具結構原理示意圖，從下往上依次為定模底板3、定模型板4、動模型板5和動模底板6。定模型板4內設有料室2， 另有擠壓沖頭1的頂端處于料室2內，擠壓沖頭1可在料室2內上下移動。 定模型板4與動模型板5的接觸面處設有與料室2連通的澆道7。定模型板 4與動模型板5的接觸面處還設有側面與澆道7另一端連通的型腔9。在型腔9的底端設有第一通道，另有補縮加壓沖頭10可在該通道內上下移動，用于從型腔9的底端向熔液中心處提供補縮壓力。在型腔9的頂端設有第 二通道，另有保壓沖頭8可在該通道內上下移動，從型腔9的頂端向熔液 提供保壓壓力。擠壓成形前，模具處于打開狀態。首先將溫度適宜的高質量的鋁合金 液快速而又平穩地澆入到料室2，然后在擠壓機(圖中未示出)帶動下快速 合模，快速合模的目的在于減少鋁合金液在料室2中的溫度下降。合模后 擠壓沖頭1由擠壓油缸(圖中未示出)驅動上升，鋁合金液則通過澆道7 平穩地流入型腔9。澆道7與型腔9交接處為型腔9的內澆口 。在鋁合金液充滿型腔9后，立刻驅動保壓沖頭8下移，施加于一大于 50MPa壓力作用于正在凝固中的鑄件上，直至鑄件完全凝固。在保壓沖頭8 加壓6 8s后，驅動補縮加壓沖頭10上移，補縮加壓沖頭10在大于50MPa 的壓力作用下壓入到鑄件凸臺內并保持壓力4~10s后，將補縮加壓沖頭10 抽回。待澆道與型腔交接處熔液凝固后，取消擠壓壓力擠壓沖頭l的壓力。 鑄件繼續冷卻10 20s后，保壓沖頭8上移收回。然后打開模具，擠壓沖頭 1和補縮加壓沖頭10同時上移，即可頂出鑄件。本發明設計的模具并不限于一種形式，可以改變保壓沖頭8和補縮加 壓沖頭10的位置，即在第一通道內設置保壓沖頭8，而在第二通道內設置 補縮加壓沖頭10。熔液充滿型腔9后先從型腔9底端向熔液施加保壓壓力， 再從型腔9頂端向熔液中心處施加補縮壓力，然后取消型腔9頂端補縮壓 力，待澆道7與型腔9交接處熔液凝固后取消擠壓沖頭1處的壓力。 一直 等型腔9中的熔液完全凝固后取消型腔9的保壓壓力。最后開模，擠J5沖 頭上擠，同時向型腔底端施加壓力，得到斜盤。圖2為本發明實現一模一件的模具實施例結構圖，為了形成澆道和型 腔，可在定模型板4和動模型板5之間增設動模鑲塊14、定模鑲塊17和分 流錐11，分流錐11位于料室2頂端，分流錐11、動模鑲塊14以及定模鑲 塊17之間形成澆道7和型腔9，澆道7—端與料室2連接，另一端與型腔 9側面連接。為了更好的排除雜質和氣體，在型腔9周圍設有與型腔9連通 的溢流槽或集渣包16及與溢流槽或集渣包相連通的排氣槽15。料室2通過定模墊板18固定于定模型板4內。為了向型腔底端施加向上壓力，在定模 墊板18與定模底板3之間設有定模墊塊20和補縮加壓油缸19，補縮加壓 油缸19驅動補縮加壓沖頭10上移從而施壓；為了向型腔頂端施加向下壓 力，在動模型板5和動模底板6之間設有動模墊塊12和保壓油缸13，保壓 油缸13驅動保壓沖頭8下移從而施壓。定模/動模墊塊用于為補縮加壓油缸 19/保壓油缸13提供合適的安裝高度。為了提高效率，可在上述裝置中以相同方式增加一個或三個澆道7、型 腔9、補縮加壓沖頭10和保壓沖頭8，從而實現一模兩件或一模四件。圖3 是在圖2的基礎上對稱地設置了與料室2連通的澆道7、型腔9、溢流槽(集 渣包)16以及排氣槽15，從而實現一模兩件，提高了效率。因模具結構組成的細微差別或名稱差異并不能改變本發明的實質，所 有在實施中沒有獨創性的有關模具結構的一些變動均屬于本發明的保護范 圍。實施例1一模一件生產代號為CHD111-0202M的鋁合金斜盤，廠家不同斜盤代 號亦不同，本專利不作限定。斜盤投影直徑071.3mm，斜盤傾角17.5°，外 圓垂直厚度12mm，凸臺高度18.9mm。斜盤材質A390。首先按照A3卯合 金成分配好所需的各種原材料如純鋁錠、結晶硅、電解銅、純鎂等，在坩 堝電阻爐內熔化。待料全部熔清后，控制到預定溫度，加入適量的變質劑， 并精練15min，然后扒渣靜止，控溫790 81(TC待澆。模具預熱至150 200°C，正常工作時模具溫度控制在250 30(TC，水基涂料。澆注后合模， 擠壓沖頭上移，將熔液以750mm/s的流速擠入型腔；接著保壓沖頭下移， 施加于80MPa的壓力于型腔頂端，在保持該壓力6s后，從型腔底端施加一 120MPa的壓力，將補縮加壓沖頭壓入熔液中并保持8s;然后抽回補縮加 壓沖頭；在澆道完全凝固后撤除擠壓壓力；在型腔中的熔液完全凝固后撤 除保壓壓力，繼續冷卻20s后開模取件。本實施例的生產率25件/小時。鑄 件經T6熱處理，機加工。熱處理后的鑄件組織見附圖4，鑄件組織致密， 初生硅細小，分布均勻，共晶硅變質成點狀或桿狀。鑄件本體抗拉強度測 試大于330MPa,硬度HBS142。鑄件熱處理不起泡、夾雜物含量少，成品綜合合格率^90%。 實施例2一模兩件生產代號為斜盤代號CHD115-0202M的鋁合金斜盤，廠家不 同斜盤代號亦不同，本專利不作限定。斜盤投影直徑079.4mm，斜盤傾角 22°，外圓垂直厚度14.5mm，凸臺高度22.4mm。斜盤材質A390。按照實 施例1描述的熔化過程處理鋁合金液，澆注后合模，擠壓沖頭上移，將熔 液以800mm/s擠入型腔；接著保壓沖頭下移，施加于80MPa的壓力于型腔 頂端，在保持該壓力8s后，從型腔底端施加一 120MPa的壓力，將補縮加 壓沖頭壓入熔液中并保持8s;然后抽回補縮加壓沖頭；在澆道完全凝固后 撤除擠壓壓力；在型腔中的熔液完全凝固后撤除保壓壓力。繼續冷卻20s 后開模取件。本實施例的生產率50件/小時。鑄件經T6熱處理，機加工。 熱處理后的鑄件組織見附圖4，鑄件組織致密，初生硅細小，分布均勻，共 晶硅變質成點狀或桿狀。鑄件本體抗拉強度大于310MPa，硬度HBS140。 鑄件熱處理不起泡、夾雜物含量少，成品綜合合格率290%。實施例31 一模兩件生產代號為斜盤代號CHD121-0202M的鋁合金斜盤，廠家不 同斜盤代號亦不同，本專利不作限定。斜盤投影直徑079.4mrn，斜盤傾角 17。外圓垂直厚度14.0mm,凸臺高度27.1mm。斜盤材質A390。按照實施例1描述的熔化過程處理鋁合金液，澆注后合模，擠壓沖頭上移，將熔液 以680mm/s的流速擠入型腔；接著保壓沖頭下移，施加于80MPa的壓力于 型腔頂端，在保持該壓力7s后，從型腔底端施加一 120MPa的壓力，將局 部補縮沖頭壓入熔液中并保持10s;然后抽回補縮加壓沖頭；在澆道完全凝 固后撤除擠壓壓力；在型腔中的熔液完全凝固后撤除保壓壓力。繼續冷卻 20s后開模取件。本實施例的，生產率50件/小時。鑄件經T6熱處理，機 加工。鑄件組織致密，初生硅細小，分布均勻，共晶硅變質成點狀或桿狀。 鑄件本體抗拉強度大于300MPa，硬度HBS140。熱處理起泡、夾雜物含量 多的鑄件少，成品綜合合格率290%。對比例1市場上銷售的熱模鍛成形的斜盤件T6熱處理組織見圖5，其初生硅細 小，分布均勻，共晶硅變質成點狀或桿狀。T6熱處理后鑄件本體抗拉強度 大于320MPa,硬度HBS140，產品綜合合格率不詳。對比例2按照專利申請文件"一種汽車空調壓縮機鋁斜盤的制造方法"(申請號 200710026654.1，公開號CN101011732A )所述方法生產代號為 CHD111-0202M的鋁合金斜盤。斜盤投影直徑071.3mm，斜盤傾角17.5°， 外圓垂直厚度12mm，凸臺高度18.9mm。斜盤材質A390。按照上述同樣的 灘化工序，病注后嫁照前述操作工序擠壓成形，生產率20~25件/小時。鑄 件經T6熱處理，機加工。熱處理后的鑄件組織見附圖2，鑄件本體抗拉強 度大于300MPa，硬度HBS142。鑄件熱處理起泡、夾雜物含量多，成品綜 合合格率^60%。
權利要求
1、一種汽車空調壓縮機斜盤的鑄造方法，包括以下步驟1)對待處理的鋁合金料作熔化處理，得到熔液；2)將熔液注入預熱后的模具料室，合模；3)向料室內熔液施加擠壓壓力，使得熔液通過澆道從側面平穩流入型腔；4)熔液充滿型腔后，從型腔垂直方向的一端向熔液施加保壓壓力，使得熔液凝固后得到的鑄件致密；5)在熔液完全凝固前從型腔垂直方向的另一端向熔液的中心處施加補縮壓力，消除凝固后的鑄件中心處的縮松；6)補縮壓力維持4～10s后，取消該壓力；7)待澆道與型腔交接處熔液凝固后取消料室內的擠壓壓力；8)型腔中的熔液完全凝固后取消型腔的保壓壓力；9)開模取出鑄件。
2、 根據權利要求1所述的汽車空調壓縮機斜盤的鑄造方法，其特征 在于，所述步驟3)中熔液以650 1000mm/s的速度從澆道流入型腔。
3、 根據權利要求1或2所述的汽車空調壓縮機斜盤的鑄造方法，其 特征在于，所述步驟5)是在向所述型腔一端施加保壓壓力6 12s后，再向 型腔另一端施加補縮壓力。
4、 一種權利要求l所述斜盤鑄造方法使用的模具，動模型板(5)貼合在定模型板(4)的上表面，定模型板(4)內設有料室(2)，擠壓沖 頭(1)位于料室(2)內；其特征在于，定模型板(4)與動模型板(5) 的接觸面處設有澆道(7)和型腔(9)，澆道(7)的一端與料室(2)連通， 澆道(7)的另一端與型腔(9)的側壁連通，型腔(9)的頂部和底部各設 置一通道，兩通道內均設有沖頭，兩沖頭遠離型腔(9)的一端各自連接一 個加壓油缸。
5、根據權利要求4所述的模具，其特征在于，所述型腔(9)通過 溢流槽或集渣包(16)與排氣槽(15)相連通。
全文摘要
本發明提供一種汽車空調壓縮機斜盤的鑄造方法及模具，該方法向料室內的熔液施加擠壓壓力，使得熔液通過澆道從側面平穩流入型腔，熔液充滿型腔后，從型腔垂直方向的一端向熔液施加保壓壓力，在熔液完全凝固前從型腔垂直方向的另一端向熔液的中心處施加補縮壓力，該壓力維持4～10s后取消，待澆道與型腔交接處熔液凝固后取消擠壓壓力，熔液完全凝固后取消保壓壓力，最后開模取出鑄件。本發明提供的模具主要包括依次連通的料室、澆道和型腔，型腔頂端和底端各設有一通道，在通道內有用于向型腔頂端或底端提供壓力的沖頭。本發明鑄造的鋁合金斜盤致密、內部雜質含量少、外觀成形良好、組織細小、熱處理無氣泡。
文檔編號B22D18/02GK101229581SQ200810046790
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月25日 優先權日2008年1月25日
發明者里 萬, 吳樹森, 羅吉榮 申請人:華中科技大學