CN102151794B - 一种活塞重力铸造方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及活塞铸造领域，特指一种活塞的铸造工艺，提供一种铸造工艺和装置，以消除销孔附近环槽部位的缩孔、缩松缺陷，其适用于汽油机、柴油机、压缩机等行业中活塞的铸造。这种工艺方法是在活塞底部设置开口式的环形补缩通道，通过调整活塞底部扇形型芯，改变环形通道张角，以达到充分合理的补缩效果，使铸造成品率达到96%以上；采用暗冒口，以提高工艺出品率。工艺方法具有成品率高，工艺出品率高，成本低，节能降耗等效果。

Description

一种活塞重力铸造方法及装置

技术领域

本发明涉及活塞铸造技术领域，特指一种消除活塞缩孔的铸造工艺方法及装置，其适用于汽油机、柴油机、压缩机等行业中活塞的铸造。

背景技术

国内很多活塞企业以手工模具为主，具有方法简便，工艺装备简单，适应性强的优点，因此在单件或小批量生产，特别是大型铸件和复杂铸件生产中应用广泛。采用金属型上抽芯重力铸造工艺，活塞顶部厚大部位朝下，型芯向上抽取。由于厚大部位在下，薄壁的裙部在上，铸件在凝固过程中不符合顺序凝固的原则，顶部厚大部位（销孔附近环槽部位）极易出现缩孔、缩松缺陷。为了消除缺陷，得到合格铸件，通常采用大冒口的办法来保证活塞毛坯的铸造质量。这种浇冒口系统所占重量较大，工艺出品率较低，生产效率很低，而且效果较差，质量难以保证。

在活塞底部设置开口式环形补缩通道新工艺可解决以上技术难题，其经济效益和社会效益十分显著。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造工艺（浇注系统）和装置（模具）能克服上述缺点，可根据活塞结构特点调节开口式环形补缩通道，建立正的温度梯度，有效地消除缩孔，显著提高成品率，而且也提高工艺出品率。

本发明解决其技术问题所采取的方案是：

在活塞底部设置开口式的环形补缩通道，根据活塞的形状和热节存在的位置，调整活塞底部扇形型芯的相对位置，改变环形通道张角α，配合暗冒口，建立正的温度梯度，控制铸件的凝固顺序，对活塞进行有效的补缩。或再在活塞底部扇形型芯上通以冷却水道，调整温度分布。建立正的温度梯度。

采用暗冒口，冒口尺寸为热节直径的1.1～1.5倍左右；遵循充型平稳、避免氧化的原则，使用阻流的蛇形浇道和冷料穴，浇注系统为半开放式或开放式系统；保证了排气的通畅，避免气孔的形成，在冒口上方设计截面直径为10mm左右的排气通道；在冒口的对面，设置排气片。

外模A和外模B放置在底模板上，通过连接销连接起来，合模，再在放入组合式型芯，插入侧抽芯A和侧抽芯B；装置设有两个相互垂直的分型面，分别为竖直分型面，水平分型面。部扇形型芯与底模板为一整体；或底部扇形型芯与底模板采用分体式，其可以通过在底模板背面安装螺钉进行固定，并根据活塞的结构特点调整扇形型芯位置和选择采用合适张角α的底部扇形型芯。或可在活塞底部扇形型芯上开设冷却水道，冷却水道的形式可根据实际情况决定。

本发明的有益效果：

（1）根据活塞的形状和热节存在的位置，调整活塞底部扇形型芯的相对位置，改变环形通道张角，配合暗冒口，建立正的温度梯度，控制铸件的凝固顺序，对活塞进行有效的补缩，使铸造成品率达到96%以上；采用暗冒口，以提高工艺出品率。

（2）设置截面直径为10mm左右的排气通道和排气片，保证了排气的通畅，避免气孔的形成，也提高了工艺出品率。

（3）浇注系统设计成包括漏斗形浇口杯、阻流蛇形浇道的开放式浇注系统。保证熔融金属平稳、均匀、连续地充满型腔；阻止熔渣、气体和砂粒随熔融金属进入型腔；控制铸件的凝固顺序；供给铸件冷凝收缩时所需补充的金属熔液(补缩)。

（4）在冒口的底部与开口环形补缩通道之间设置过渡段，也即铸型中的冷料穴，有效的减小流道内的压力损失，避免进入型腔的液体温度的过快降低，保证充型的质量。 

（5）工艺方法具有成品率高，工艺出品率高，成本低，节能降耗等效果。

附图说明

图1 活塞铸坯示意图。

图2活塞浇注系统示意图。

图3活塞浇注系统顶视图。

图4活塞铸坯在模具中的温度分布。

图5活塞铸造装置（模具）立体示意图。

图6活塞铸造装置（模具）剖示图。

图7底部扇形型芯与底模板立体示意图。

图8底部扇形型芯与底模板示意图（1）。

图9底部扇形型芯与底模板示意图（2）。

图中：1活塞裙部，2活塞销孔，3活塞底部，4热节圆，5冷料穴，6暗冒口，7排气通道，8阻流的蛇形浇道，9开口式环形补缩通道，10排气片， 11环形通道的张角α，12外模A，121外模B，13组合式型芯（131、132、133为型芯的三个组成部分），14侧抽芯A，141侧抽芯B，15连接销，16底模板， 20活塞底部扇形型芯，22竖直分型面，23水平分型面，24正的温度梯度。

具体实施方式

下面，参照附图列举本发明及其制造方法的优选实施方式进行详细说明。

传统的工艺的活塞无法保证充型平稳及排气顺畅，缩孔主要分布在在活塞销孔下侧环槽部位热节圆4处，研究结合具体生产实践，对铝活塞手工重力铸造工艺的铸造缺陷产生的原因进行了分析，改变浇注系统的结构，有效的消除活塞头部厚大处的缩孔，提高了成品率和工艺出品率。

本次试验样品的材料是在发动机活塞应用上较为广泛的Al-Si共晶合金，此种合金具有良好的铸造性、焊接性和导热性，并且在高温下具有较高的强度和很好的抗腐蚀性。活塞材料是Al-AlSi13，浇注温度为720摄氏度，模具材料为Fe-GG-20，模具温度为280摄氏度，活塞底部直径102mm。

采用金属型手工重力铸造，铝合金浇注温度为700～740℃；铝水至浇注转移时间控制在5s以内；充型速度0.08～0.15m/s；充型时间5～7s；模具工作温度250～280℃；留模时间10s。

生产实践结合理论分析，对铝活塞铸造工艺的铸造缺陷产生的原因进行了探究，由于凝固过程中不符合顺序凝固的原则，致使在活塞销孔下侧环槽部位热节圆4处产生缩孔，通过在活塞底部设置开口式环形补缩通道，控制张角11大小，使其满足顺序凝固的原则，有效的消除顶部厚大部位3附近的缩孔、缩松缺陷，使铸造成品率达到96%以上，保证了铸坯质量；扇形型芯20固定在底座16上，简化工艺过程、降低生产成本。

为了保证熔融金属平稳、均匀、连续地充满型腔；阻止熔渣、气体和砂粒随熔融金属进入型腔；控制铸件的凝固顺序；供给铸件冷凝收缩时所需补充的金属熔液(补缩)。浇注系统设计成包括漏斗形浇口杯、阻流蛇形浇道的开放式浇注系统。

采用比例法来确定冒口的尺寸：根据铸件热节圆直径和被补缩部分的截面形状或凝固收缩重量，冒口尺寸为热节圆4直径的1.3倍左右；为了使型腔内的气体排出模具外，在冒口6上设置截面直径为10mm左右的排气通道7和排气片10，保证了排气的通畅，避免气孔的形成，提高了工艺出品率。

在冒口的底部6与开口环形补缩通道之间9设置过渡段5，也即铸型中的冷料穴，有效的减小流道内的压力损失，避免进入型腔的液体温度过快降低，保证充型的质量。

Claims (4)

1.一种铝活塞手工重力铸造方法，特征在于，在活塞底部（3）设置开口式的环形补缩通道（9），根据活塞的形状和热节（4）存在的位置，调整活塞底部扇形型芯（20）的相对位置，改变环形通道张角α(11)，配合暗冒口(6)，建立正的温度梯度（24）；所述暗冒口（6）的冒口尺寸为热节（4）直径的1.1～1.5倍，在冒口上方设计截面直径为10mm的排气通道（7）；在冒口的对面，设置排气片（10）；使用阻流的蛇形浇道（8）和冷料穴（5），浇注系统为半开放式或开放式系统。

2.根据权利要求1所述的一种活塞手工重力铸造方法，其特征在于，在活塞底部扇形型芯（20）上开设冷却水道，冷却水道的形式可根据实际情况决定。

3.实现权利要求1所述的一种铝活塞手工重力铸造方法的装置，其特征在于，包括外模A（12）、外模B(121)、底模板（16）和组合式型芯（13）；外模A（12）和外模B(121)放置在底模板（16）上，通过连接销（15）连接起来，合模，再放入组合式型芯（13），插入侧抽芯A（14）和侧抽芯B（141）；装置设有两个相互垂直的分型面，分别为竖直分型面（22），水平分型面（23）；所述底部扇形型芯（20）与底模板（16）为一整体。

4.实现权利要求1所述的一种铝活塞手工重力铸造方法的装置，其特征在于，包括外模A（12）、外模B(121)、底模板（16）和组合式型芯（13）；外模A（12）和外模B(121)放置在底模板（16）上，通过连接销（15）连接起来，合模，再放入组合式型芯（13），插入侧抽芯A（14）和侧抽芯B（141）；装置设有两个相互垂直的分型面，分别为竖直分型面（22），水平分型面（23）；所述底部扇形型芯（20）与底模板（16）采用分体式，通过在底模板（16）背面安装螺钉进行固定，并根据活塞的结构特点调整扇形型芯（20）位置和选择采用合适张角α(11)的底部扇形型芯（20）。

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