CN103212690B - 一种内燃机铝活塞的挤压铸造方法 - Google Patents
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Abstract
一种内燃机铝活塞的挤压铸造方法，包括如下步骤：（1）设计并制作出一套挤压模具：（2）安装挤压模具；（3）浇注挤压：（4）脱模成型。1、由于本发明模具的型腔浇口为弧形、加上利用改变压射室直径的方法，因此它对输入型腔压力的阻力小，使型腔各断面所受挤压力一致，活塞结晶组织紧密均匀，挤出的活塞质量好，具有液态模锻的全部品质特性，如其常温强度和疲劳强度比重力铸造活塞分别提高17%和24%以上；2、本方法的能源消耗少、工艺成本低；每铸造1吨铸件比重力铸造可节省费用45%以上；3、热量和废气排放量少，对环境污染的影响小，有利于节能减排和保护生态环境；4、因一模可出两个铝活塞，生产效率比重铸造提高一倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机铝活塞的挤压铸造方法，属铸造技术领域。
背景技术
目前，国内外内燃机铝活塞一般是采用金属模重力铸造，因为活塞各断面的厚度相差大，形状复杂，所以在铸造中，只得采用大的浇冒口系统，使铝熔液平稳充型，顺序凝固、补充铸件收缩。因此浇冒口系统是保证铸件质量的重要条件，但重力铸造活塞有两大缺陷：一是铸件与浇冒口系统重量比平均达1:1—1:2，其铝熔液的出品率只有33%—50%，即在铸造中要熔炼多于铸件重量一倍以上的铝金属，因此要消耗耗大量的能源，物力、人力和铝材烧损，造成铸件成本高，对环境污染大；二是由于重力铸造的铸件组织疏松、强度不高，产品合格率低。
发明内容
为克服现有内燃机铝活塞铸造方法的上述缺陷，本发明的目的是提供一种内燃机铝活塞的挤压铸造方法，用以减少能耗，降低生产成本、提高产品的质量和合格率。
为解决其技术问题，本发明人利用液态模锻原理，经过长期的研究和努力，进行过多次工艺实验，终于总结出内燃机铝合塞的挤压铸造方法，从而完成了本发明。所述内燃机铝活塞的挤压铸造方法，包括如下步骤：
（1）设计并制作出一套挤压模具：该模具由动模体、静模体、上型芯、下型芯、活塞型腔、压射室和压射头组成；其中模具有两个特点：一是活塞型腔的浇口的形状采用与活塞外形相似的弧形浇口，该浇口的长度L为所铸活塞直径的二分之一，该浇口的高度h为所铸活塞头部高度的二分之一；二是利用改变压射室直径的方法，达到最合适活塞型腔内铝熔液凝固时所需1100MPa—1300MPa的最好压应力；
（2）安装挤压模具进行浇注挤压：把制出的挤压模具安装于卧式冷室压铸机上，在加压中用压机的操作程序进行运行程序检查，使运行过程无误，并用压机增压结构微调，使压机达到-最合适活塞型腔内铝熔液最佳凝固压应力为1100MPa—1300MPa，将铝熔液浇入压射室通过压射头进行挤压；
（3）脱模成型：挤压后冷却成型，然后脱模、检测合格即为成品。
与现有重力铸造法相比，本发明的特点和进步表现如下：
1、由于本发明模具的型腔浇口形状、大小及其在活塞型腔的位置特点，加上利用改变压射室直径的方法，达到最合适活塞型腔内铝熔液凝固时所需1100MPa—1300MPa的最好压应力，因此它对输入型腔压力的阻力小，使型腔各断面所受挤压力一致，使活塞结晶组织紧密均匀，挤出的活塞质量好，具有液态模锻的全部品质特性，如其常温强度和疲劳强度比重力铸造活塞分别提高17%和24%以上；
2、本方法的能源消耗少、工艺成本低；由于本方法的模具挤压时无冒口，浇口只有一点余料，其重量只有铸件的10%以下，铝熔液的出品率超过91%，因此挤压一吨活塞铸件，只需熔炼铝合金1100kg，而以往的重力铸造法，按中国电子科技出版社出版的“活塞、活塞环设计加工新技术与产品缺陷控制及相关标准汇编实用手册”介绍，重力铸造铝合金其铝熔液的工艺出品率只有30—50%，且产品组织疏松，存在缩孔，废品率高。重力铸造一吨活塞铸件需熔炼2.2吨至2.5吨铝合金，本方法比重力铸造法，每吨铸件少熔炼铝合金1.2吨。又据当前各活塞制造行业统计显示，熔炼一吨铝合金需费用3000多元，包括铝材损耗，能源消耗，中间合金，人员工资等费用。本方法与重力铸造法比较，本方法每铸造1吨铸件要减少3000×1.2（吨）=3600元，减去挤压铸造中所需压机折旧、电力消耗、模具费用等，每吨挤压费用为443元，则共节省费用3600-443=3157元，比重力铸造降低费用45%以上；
3、热量和废气排放量少，对环境污染的影响小。据资料显示：每公斤铝合金熔炼和保温浇注，平均要消耗1500大卡热量，本方法比重力铸造法要少消耗1500×1200=1800000大卡的热量，相当于2093度电能，或176kg柴油的热量，或206kg天然气热量，这些热量以及铸造过程中二氧化碳等废气，都是直接散、排到大气中的，可见本方法比重力法更有利于节能减排，更有利于保护生态环境；
4、因本挤压铸造方法，一模可铸造两个铝活塞，因此单机生产效率比重力铸造方法要提高一倍。
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是本发明的模具结构示意图，
图2是图1中的A—A剖视图。
图中：1、上型芯；2、压射室；3、活塞型腔；4、下型芯；5、分型面；6、弧形浇口；7、动模体；8、静模体；9、压射头。
具体实施方式
内燃机铝活塞的铸造方法，它包括如下步骤：
（1）设计制作出如图1、图2的模具，该模具采用H13或3Cr2W8V合金钢材，由动模体7、静模体8、上型芯1、下型芯4、活塞型腔3、压射室2和压射头9组成；其中活塞型腔的浇口的形状采用与活塞外形相似的弧形浇口6，该浇口的长度L为所铸活塞直径的二分之一，该浇口的高度h为所铸活塞头部高度的二分之一；利用改变压射室直径的方法，达到最合适活塞型腔内铝熔液凝固时所需1100MPa—1300MPa的最好压应力；
（2）安装挤压模具：把制出的挤压模具按图2所示安装于卧式冷室压铸机上，即将静模体8安装于压机的静型板，将动模体7安装于压机的动型板，然后检查和调整动、静两模体分型面5的密合性，使模体与压机连接牢固可靠；
（3）浇注挤压：在加压中用压机的操作程序进行运行程序检查，使运行过程无误，并用压机增压结构微调，使压机达到-最合适活塞型腔内铝熔液最佳凝固压应力1100MPa—1300MPa，将铝熔液浇入压射室2通过压射头9进行挤压；
（4）脱模成型：每模保压25-30秒钟后，脱模，以达到冷却完好，又不会使铸件冷却过度而炸裂，冷却成型，然后脱模、检测合格即为成品。
Claims (1)
1.一种内燃机铝活塞的挤压铸造方法，其特征是：它包括如下步骤：
（1）设计并制作出一套挤压模具：该模具由动模体、静模体、上型芯、下型芯、活塞型腔、压射室和压射头组成；其中模具有两个特点：一是活塞型腔的浇口的形状采用与活塞外形相似的弧形浇口，该浇口的长度L为所铸活塞直径的二分之一，该浇口的高度h为所铸活塞头部高度的二分之一；二是利用改变压射室直径的方法，达到最合适活塞型腔内铝熔液凝固时所需的最好压应力；
（2）安装挤压模具进行浇注挤压：把制出的挤压模具安装于卧式冷室压铸机上，在加压中用压机的操作程序进行运行程序检查，使运行过程无误，并用压机增压结构微调，使压机达到-最合适活塞型腔内铝熔液最佳凝固压应力，将铝熔液浇入压射室通过压射头进行挤压；
（3）脱模成型：挤压后自然冷却成型，然后脱模、检测合格即为成品。
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