CN100496805C - 液态模锻即挤压铸造内燃机铝活塞的模具及其铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种液态模锻即挤压铸造内燃机铝活塞的模具及其挤压方法，属于铸造技术领域。所述的模具由动模、定模、上型芯、下型芯、压缩室、横浇道和型腔组成，其特点是：型腔内的活塞头部与压缩室、横浇道在同一水平高度的位置，在压缩室内设有压缩头。铸造方法是将模具安装在挤压机上，再用铝熔液浇到压缩室，经横浇道流入型腔，用挤压机通过压缩头对铝熔液进行轻压，快速充型，随即强压结晶凝固成形，便成为挤压铸造的内燃机铝活塞坯件，用本发明模具和方法挤压的内燃机铝活塞，经检验其常温挤拉强度、硬度、300℃抗拉强度、体积稳定性和耐磨圈与活塞粘结强度均超过国家GB/T1148-93标准。适合挤压各种高性能内燃机铝活塞。

Description

液态模锻即挤压铸造内燃机铝活塞的模具及其铸造方法

【技术领域】本发明涉及一种铸造模具及铸造方法，具体是一种液态模锻即挤压铸造内燃机铝活塞的模具及其铸造方法。

【背景技术】用挤压铸造、压力铸造的内燃机铝活塞，其金属组织结晶细密，组织均匀，所形成的铸件其技术性能接近或达到同种合金的锻压水平，且没有锻压存在的各向异性，由于结晶组织细密，导热快，热胀系数小，高温抗拉强度高，耐磨损，所以这种铝活塞的技术性能比当前重力铸造铝活塞有显著的提高，尤其是高性能发动机的铝活塞，非要锻压、挤压铸造至少是压力铸造不可，但锻压活塞成本太高，一般发动机厂家难以承受。挤压铸造和压力铸造虽然成本低，但活塞各纵断面的厚薄相关10倍以上，形状变化很大，要用挤压铸造和压力铸造生产活塞，难度很大。

多年来，许多同行志士和科技工作者进行了大量的工艺试验、研究和探索，经他们努力，当前铝活塞挤压铸造和压力铸造达到了如下工艺状况：

(1)直接挤压法。先将铝熔液浇入型腔内，用活塞挤压模具的上型芯，作为挤压楔形物压入型腔内，这种挤压方法形成活塞的结晶组织很细密，无疏松，产品强度高，但它的缺点有二，其一浇入型腔内铝熔液的数量和温度控制要严，高温的铝溶液浇入型腔内经挤压、凝固和收缩后要等于活塞成形坯件的几何形状，否则活塞坯件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；其二，由于在挤压中采用型芯作为楔形物压入，所以模具很快磨损，一般只能挤压30000～50000模就要报废。

(2)间接挤压法。就是将铝熔液浇入压缩室后，压缩头把铝熔液压入先组装好的型腔内，此种挤压法，对溶液的数量和温度控制不须太严，而不影响活塞坯件的成型尺寸，模具也不易损坏，但由于挤压力利用率不高，挤压活塞坯件内的结晶组织还是有微量疏松和小的缩孔，因此产品合格率不高的缺点。

故此国内外活塞挤压铸造技术还不能达到应用水平。

(3)压力铸造活塞。本发明人已公开的CN02113974.1专利是一种压力铸造，已应用于生产，这种活塞的结构特点是在活塞头部镶有铝基复合合金的加强圈，该圈的作用是保护活塞的燃烧室唇口不易炸裂，又能将活塞头部减薄，其厚度与活塞裙部厚度基本相等，铸造中压缩室内的铝溶液经压缩头快速压射进入型腔充型。这样就达到了压力铸造适应壁厚基本相等的薄壁铸件的工艺特性，而能压力铸造铝活塞，这一专利技术已开发并运用于生产，但那些不需要在活塞头部镶嵌加强圈的活塞，还是无法应用压力铸造。

【发明内容】为克服现有铸造工艺的上述缺陷，本发明人吸取以上几种铸造工艺和重力铸造之优点，加上多年研究和经验的积累，终于发明了一种全新的铝活塞挤压铸造工艺。

本发明的目的就是提供一种液态模锻即挤压铸造内燃机铝活塞的模具和铸造方法，以提高铝活塞的质量，降低制造成本。

为解决其技术问题，本发明所采用的技术方案是：本发明内燃机铝活塞的挤压模具由定模、动模、上型芯、下型芯、压缩室、横浇道、压缩头组成，型腔的活塞头部与压缩室横浇道在同一水平高度的位置，且型腔的活塞头部经横浇道直接与压缩室相通。

本发明所述液态模锻即挤压铸造内燃机铝活塞的铸造方法，包括如下步骤：

1、制造模具，并把模具安装在挤压机上，待用；

2、浇注：把铝熔液浇注到模具的压缩室，使铝熔液以自然的水平流速经横浇道浇满型腔的活塞头部；

3、轻压：挤压机经压缩头推动铝熔液，使铝熔液快速充满活塞裙部和整个型腔。其比压约为10～15MPa，挤压时间为2～5秒钟；

4、强压：挤压机对正在结晶、凝固的活塞经压缩头进行轻压后随即进行强压，其比压为40～60MPa，挤压时间为10～15秒钟；

5、脱模：打开模具，抽出上型芯、下型芯，便得挤压铸造成型的内燃机铝活塞坯件。

本发明的有益效果是：

①因本发明所述模具型腔内的活塞头部与压缩室横浇道在同一水平高度位置，铝熔液浇满压缩室的同时，型腔的活塞头部已充满铝溶液，使其排气干净，解决了活塞头部产生气孔的根源，随后压缩室内横浇道内的铝熔液被压缩头推动快速的充填好整个型腔，从而薄壁的活塞裙部成型完善表面光洁，组织细密，活塞裙部很快冷却，促使铸件顺序凝固，结晶收缩集中到型腔的活塞头部，这时挤压机随即将挤压力直接挤压到壁厚度大，温度高，最后凝固的活塞头部，因此加入压缩室内的铝熔液的数量和温度不须严格控制而不影响活塞的成形尺寸和金属结晶细密。

②因本发明采用快速轻压和强压的两次挤压形成铝活塞，使活塞整体的金属组织均匀细密，无松疏、缩孔等疵病，常温强度和热强度高，导热快，热胀系数小，耐磨损，经国家技术权威部门中南大学等单位检测，已达到如下表示水平，而且超过了有关国家技术标准。

 

技术参数	国家标准GB/T1148-93	发明活塞	试样材料
				常温抗拉强度MPa	196	280～320	ZL109
硬度HBs	95——130	104～130	ZL109
				300℃抗拉强度MPa	69	110以上	ZL109
350℃抗拉强度MPa	国家无此标准	95以上	ZL109
				体积稳定性％	≤0.03D	≤0.025D	ZL109
耐磨圈与活塞粘结强度MPa	不小于50	大于70	ZL109

③本发明生产方法简单，工艺参数可波度大，产品合格率高。

④生产成本低，比同种产品的重力铸造铝活塞成本低5～20％。

⑤由于本发明是在模具组合好后直接挤压，模具不易损坏，模具使用寿命可压80000～100000模。

⑥本发明所述的挤压方法，铸造的浇口小，又无冒口，故铝溶液的利用率高，铝材损耗小。

【附图说明】下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的挤压铸造模具的整体结构示意图。

图2为图1中的B-B剖视图。

图3为图1中的A-A剖视图。

图中：1 动模，2 定模，3 横浇道，4 压缩室，5 上型芯，6 型腔，7 下型芯，8 压缩头，9 铝水瓢。

【具体实施方式】参照附图：内燃机铝活塞的铸造模具由定模2，动模1，横浇道3，压缩室4，上型芯5，型腔即活塞体6，下型芯7和压缩头组成，其特点是型腔内的活塞头部与压缩室、横浇道在同一水平高度的位置，且型腔的活塞头部经横浇道直接与压缩室相通。

内燃机铝活塞的液态模锻即挤压铸造方法包括如下步骤：①把模具安装到挤压机上；②浇注：把铝熔液从模具的压缩室4，经横浇道3浇注到型腔6；③轻压：挤压机推动压缩头8对模具内的熔液进行挤压，使铝熔液充满型腔，其比压为10～15MPa，挤压时间为2～5秒钟；④强压：挤压机继续推动压缩头，对模具内的熔液用高压进行挤压，比压为40～60MPa以上，挤压时间10～15秒钟；⑤脱模。打开模具，抽出上型芯、下型芯，即可取下活塞坯件。

Claims (2)

1、一种液态模锻即挤压铸造内燃机铝活塞的模具，包括动模、定模、上型芯、下型芯、型腔、压缩室、横浇道，其特征是；型腔内的活塞头部与压缩室、横浇道在同一水平高度位置，且型腔的活塞头部经横浇道直接与压缩室相通。

2、一种液态模锻即挤压铸造内燃机铝活塞的方法，其特征是：将铝熔液轻压快速充型，强压结晶凝固成形，它包括如下步骤：

①制造模具：并把制好的模具安装在挤压机上；

②浇注：把铝熔液浇注到模具的压缩室，使铝熔液以自然的水平流速经横浇道先浇满型腔的活塞头部；

③轻压：挤压机经压缩头推动铝熔液，使铝熔液快速充满活塞裙部和整个型腔，比压为10～15MPa，挤压时间2～5秒钟；

④强压：经步骤③轻压后，挤压机随即经压缩头对正在结晶、凝固的活塞头部进行强压，比压为40～60MPa以上，挤压时间为10～15秒钟；

⑤脱模：将挤压凝固后的活塞，从挤压机上取下，即得到成型的挤压铸造的内燃机铝活塞坯件。

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