一种半固态压叶轮近成形生产方法.pdf

本发明公开了一种半固态压叶轮近成形生产方法，属精密压铸和半固态触变成形技术领域。本发明根据压叶轮的实际外形尺寸，设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件，在满足脱模便利的条件下，尽量减少毛坯件重量；根据毛坯件的尺寸，设计新的模具结构；将坯料放入中频感应加热设备，加热至半固态温度区间，固相分数达到50%-60%；采用夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形；取出制件，得到接近压叶轮尺寸的毛坯件。本发明结合半固态触变成形的特点，设计接近其形状尺寸的毛坯件，根据新设计的毛坯件尺寸设计新的模具结构，确保压铸机能够顺利顶出零件，不需要人工拆卸和拼装模具，降低模具设计及制作成本，提高压铸生产效率。

权利要求书
1.  一种半固态压叶轮近成形生产方法，包括如下步骤：
（1）根据压叶轮的实际外形尺寸，设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件，在满 足脱模便利的条件下，尽量减少毛坯件重量；
（2）根据毛坯件的尺寸，设计新的模具结构；
（3）将坯料放入中频感应加热设备，加热至半固态温度区间，固相分数达到 50%-60%左右；
（4）采用夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形；
（5）取出制件，得到接近压叶轮尺寸的毛坯件。

2.  根据权利要求1所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于：在设 计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件时，将压叶轮每个叶片的曲面设计成简单平面，根 据修改后的零件尺寸设计新的模具结构。

3.  根据权利要求2所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于：当设 计成简单平面的大小叶片平行，且两个平面间距小于5mm时，将两个叶片合并， 设计成整体毛坯件。

4.  根据权利要求2所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于：当设 计成简单平面的大小叶片平行，且两个平面间距大于等于5mm时，直接设计模具。

5.  根据权利要求2所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于：当设 计成简单平面的大小叶片不平行，且其夹角α为正角度时，直接将零件顶出。

6.  根据权利要求2所述的半固态压叶轮近成形生产方法，其特征在于：当设 计成简单平面的大小叶片不平行，且其夹角α为负角度时，将大小叶片合并，设计 成整体毛坯件。

说明书一种半固态压叶轮近成形生产方法
技术领域
本发明涉及一种半固态压叶轮近成形生产方法，属于精密压铸和半固态触变成 形技术领域。
背景技术
涡轮增压技术可以提高汽车发动机功率、降低能耗和减少排放，是目前实现汽 车工业节能减排目标最有效的手段之一。压叶轮是汽车涡轮增压器的核心零部件之 一，其性能直接决定了涡轮增压发动机的节能减排效果、使用寿命和可靠性。
目前，涡轮增压器用铝合金压叶轮的生产方法主要有三种，一种是采用传统的 真空吸铸方法；一种是通过对半连续铸造棒材进行挤压+锻造+机加工；还有一种是 半固态触变压铸成形。
传统的真空吸铸生产压叶轮由于不可避免存在铸造缺陷（如缩松、缩孔及氧化 物夹杂），使得产品的疲劳寿命较低；采用挤压+锻造+机加工的方法制造的压叶轮 产品质量较高。一般都需要采用大挤压比的挤压机挤出相应尺寸的挤压棒料，然后 进行闭式模锻，最后进行热处理，热处理后要求整个断面尺寸晶粒分布均匀，无残 余应力，之后进行机加工生产出压叶轮。该方法工艺路线长，且残余应力控控制困 难，导致机加工后的叶片尺寸精度很难保证，因此生产制作成本非常高，主要用于 高端车辆用涡轮增压器中；采用半固态触变压铸成形生产的压叶轮产品质量与机加 工相当，生产成本较机加工低，但远高于铸造方法，性价比不高。其中，由于压叶 轮的叶片形状非常复杂，其模具由若干个大小不等的小块拼装而成，压铸完成后每 件产品都需要人工拆卸和拼装，生产效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种半固态压叶轮近成形生产方法。由于压叶轮形状非常 复杂，壁厚差较大，且叶片多为曲面造型，造成模具结构设计困难，模具生产成本 高。本发明结合半固态触变成形的特点，设计新型结构的压铸模具，不需要人工拆 卸和拼装，使用压铸机直接生产出形状接近压叶轮最终尺寸的毛坯件，然后进行机 加工，降低生产成本。
本发明按照压叶轮的实际尺寸，设计接近其形状尺寸的毛坯件，根据新设计的 毛坯件尺寸设计新的模具结构，确保压铸机能够顺利顶出零件，不需要人工拆卸和 拼装模具，提高压铸生产效率。
一种半固态压叶轮近成形生产方法，包括如下步骤：
（1）根据不同压叶轮的实际外形尺寸，设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件， 在满足脱模便利的条件下，尽量减少毛坯件重量；
（2）根据毛坯件的尺寸，设计新的模具结构；
（3）将坯料放入中频感应加热设备，加热至半固态温度区间，固相分数达到 50%-60%；
（4）采用夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形；
（5）取出制件，得到接近压叶轮尺寸的毛坯件。
在设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件时，可将压叶轮每个叶片的曲面设计成简 单平面，根据修改后的零件尺寸设计新的模具结构。
如图2所示，当设计成简单平面的大小叶片平行，且两个平面间距小于5mm 时，可将两个叶片合并，设计成整体毛坯件。当两个平面间距大于等于5mm时， 可直接设计模具。
如图4所示，当设计成简单平面的大小叶片不平行，其夹角α为正角度时，可 直接将零件顶出。如夹角α为负角度时，需将大小叶片合并，设计成整体毛坯件。
本发明根据不同规格压叶轮的实际外形尺寸，设计接近其形状尺寸的毛坯件， 然后进行模具结构设计，采用半固态压铸生产接近压叶轮尺寸的毛坯件，然后进行 机加工。可根据成本及生产效率的需求，设计不同尺寸，不同形状的压叶轮毛坯件。
目前半固态触变压铸生产的模芯需要从模架中取出，然后在加热台上操作，取 出压铸件，对14块小模具进行喷涂，然后将它们拼装在一起，再用半自动机械手 送入模架中。由于需要人工拆装模具及喷涂，生产效率较低，且喷涂不均匀。
与现有技术相比，本发明根据压叶轮外形尺寸，重新设计近成形压铸毛坯件， 使得铸件可以直接在压铸机中顶出，不需要人工拆装模具。这样可以采用自动喷涂 机对模芯进行喷涂，生产效率高，且喷涂均匀，成品率高。然后对压铸毛坯件进行 机加工，最终获得满足尺寸要求的压叶轮。
本发明结合半固态触变成形的特点，根据不同尺寸规格的压叶轮形状，设计接 近其形状尺寸的毛坯件，根据新设计的毛坯件尺寸设计新的模具结构，确保压铸机 能够顺利顶出零件，不需要人工拆卸和拼装模具，降低模具设计及制作成本，提高 压铸生产效率。
附图说明
图1是铝合金压叶轮的三维图。
图2、图3和图4是压叶轮近成形毛坯件设计示意图。
图5是修改后的整体毛坯件外形尺寸示意图。
具体实施方式
实施方式一
本发明提供的一种半固态压叶轮近成形生产方法及模具，其特征在于，所生产 方法包括以下步骤：
步骤1，根据压叶轮的实际外形尺寸，设计接近其形状尺寸的毛坯件；
步骤2，根据毛坯件的尺寸，设计新的模具结构；
步骤3，将坯料放入中频感应加热设备加热至半固态温度区间，固相分数达到 50%-60%；
步骤4，采用专用的夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸 成形；
步骤5，取出制件。
实施方式二
与实施方式一的区别为：根据不同尺寸压叶轮外形尺寸，将每个叶片的曲面设 计成简单平面，根据修改后的零件尺寸设计新的模具结构。这样可以显著降低模具 设计及加工难度，提高压铸生产效率。
下面以图1所示的压叶轮为例，采用本发明方法进行半固态压叶轮近成形生产。 包括如下步骤：
（1）如图1所示，直径为98mm的铝合金压叶轮的三维图，共有7个大叶片， 7个小叶片，且大小叶片均为曲面造型，最小厚度仅为0.7mm。这给模具结构设计 带来很大的困难，不能从模具中直接顶出，需要采用14个分瓣模具进行人工开模， 生产效率低。因此，根据压叶轮的实际外形尺寸，设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯 件，在满足脱模便利的条件下，尽量减少毛坯件重量。
如图2所示，在设计接近压叶轮形状尺寸的毛坯件时，将压叶轮每个叶片的曲 面设计成简单平面，大叶片的厚度和长度为54.5mmⅹ5mm，小叶片的厚度和长度 为32.5ⅹ3mm。
由于压叶轮大小叶片的两个平面平行即α为0度，且两个平面间距s为4mm小 于标准的5mm，此时可将两个叶片合并，设计成整体毛坯件，如图3所示。
（2）如图5所示，根据修改后的整体毛坯件外形尺寸，设计新的模具结构。 由于修改后的毛坯件叶片为平面结构，且形状相对简单，降低了模具结构设计的难 度，生产效率较人工拆装模具大幅度提高；
（3）将半固态坯料放入中频感应加热设备，加热至半固态温度区间，固相分 数达到50%-60%；
（4）采用夹具将坯料转移至半固态压铸机中，进行半固态触变压铸成形；
（5）取出制件，得到接近压叶轮尺寸的毛坯件。
本发明可根据成本及生产效率的需求，设计不同尺寸，不同形状的压叶轮毛坯 件，并且不需要人工拆卸和拼装模具，降低模具设计及制作成本，提高压铸生产效 率。