CN103722154B - 将铜套与活塞铸造成为一体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种将铜套与活塞铸造成为一体的方法，该方法采用挤压铸造工艺将铜套与活塞铸造成为一体，它是在活塞挤压过程中，先把模具在挤压机上安装好，再把加工好的铜套半成品装到活塞挤压模型的销孔轴上，并往型腔内浇满铝熔液，进行挤压铸造使铜套半成品与活塞铸造成为一体。其方法包括：1、按活塞产成品图加工好铜套的半成品，2、把铜套半成品洗干净，放入电炉内预热，装到活塞模型的销孔轴上，将铝熔液浇入活塞型腔，在90Map以上的比压下进行挤压铸造成；3、将镶有铜套的活塞成品铸件进行热处理和切削加工，经检验合格后即为成品。本方法生产的活塞在发动机运转中不会因铜套影响活塞与气缸的配合精度，铜套与活塞销座孔结合紧密，牢固可靠。

Description

将铜套与活塞铸造成为一体的方法
技术领域
本发明涉及一种将铜套与活塞铸造成为一体的方法，属于机械铸造技术领域。
背景技术
现代活塞式内燃机对所用活塞的要求是：比重小，耐高温和耐磨损。而现在大部分活塞是用铝合金为原料，采用重力铸造而成，因为铝合金的抗压和耐磨性能差，尤其是活塞销座孔承受压力大，加上销孔内润滑条件不好，所以磨损快，影响发动机技术性能和使用寿命。为了解决这个问题，很多高性能发动机的活塞销孔座的孔内镶有耐磨的铜套，但这种铜套怎样装入活塞销座孔，是一个不易掌控的难题，目前一般是将销座孔与铜套采用过盈配合的工艺方法来实现，其工艺的过程是：
1、先将活塞按产品图加工完毕，要求其销座孔内径要能配合所镶铜套的外径；
2、加工好铜套要求其铜套外径有大于活塞，销座孔的过盈量，内径为活塞成品图规定的销孔尺寸；
3、把活塞放在温度为150℃～180℃的机油内保温一定时间，待销座孔胀大，再将铜套装入；或者把铜套放到冷处理设备的冷却箱内，在-120℃～-140℃的温度下，保持一定时间，待铜套收缩后，再将铜套装入销座孔内；
这种将铜套与活塞销座孔采用过盈配合的方法，有以如下缺点：1、若过盈量稍大，发动机在高温高压下运转中铜套有大的胀量，会使活塞销孔处加大变形，而使活塞与缸套配合精度降低，产生功率下降，加快两者的磨损，甚者，还能使铜套内径失圆量增加，咬死浮动的活塞销；
2、若过盈量稍小，则在发动机运转中，能使铜套与销座孔配合不紧，而产生相对转动或轴向窜动，甚者还会产生气缸拉伤；
3、铜套与活塞各自加工好后，两者在热装或冷处理的状态下进行过盈配合，是活塞最后一道精加工工序，这样装配的产品，其积累误差要影响活塞整体精度；
4、工序繁多，提高成本，降低生产效益。
发明内容
为了克服上述采用过盈配合的方法缺陷，解决以上铜套与活塞组装加工的难题，本发明的目的是提供一种将铜套与活塞铸造成为一体的方法，用以减少工序，降低生产成本，使活塞达到铜套与活半成品塞组装合理可靠，耐高温和耐磨损的要求。
为实现发明目的，解决其技术问题，本发明采用技术方案是：该方法采用挤压铸造工艺将铜套与活塞铸造成为一体，它是在活塞挤压过程中，先把模具在挤压机上安装好，再把加工好的铜套半成品装到活塞挤压模型的销孔轴上，并往型腔内浇满铝熔液，进行挤压铸造使铜套半成品与活塞铸造成为一体。
所述铜套与活塞挤压铸造成为一体的方法，包括如下步骤：
⑴、按活塞产成品图加工好铜套的半成品，在该铜套半成品的外圆周上设有咬合槽，要求铜套半成品的内径φ1=产品图规定销孔内径+切削加工余量，且能与模型的销孔轴装合；要求铜套半成品的外径φ2=产品图规定的铜套外径尺寸；
⑵、把铜套半成品彻底清洗干净，不得沾有油污，在80℃～160℃的电炉内预热8～17分钟后，装到活塞模型的销孔轴上，将铝熔液浇入活塞型腔，并随即使楔形压缩头压下，促使型腔内铝熔液承受90～140Map的比压，保压10～15秒钟后，把动模打开，卸下铸件，就成为镶有铜套的活塞半成品铸件；
⑶、将镶有铜套的活塞半成品铸件进行热处理后，以活塞铸件的销孔中心线为原始基准，进行切削加工，经检验合格后即成为铜套与活塞铸造成为一体的成品。
与现有技术相比，本发明有如下特点和进步：1.本技术方案的机理是：铝熔液在挤压铸造凝固中产生细密晶粒和发生不同的物理现象为依据。由于铝熔液在100Map以上比压下挤压铸造，产生十分细密的晶粒，缩短了晶胞之间的距离，增加了晶胞的连结力，还使铝熔液有好的充填性能，增加对铜套的咬合作用，且铜套上设有三条咬合槽，更增加对铜套的机械夹紧力，挤压中双金属紧密接触，液态铝对铜套表面的浸润作用，迅速提高了已预热好的铜套表面温度而产生焊合现象。在我们常年生产和试验中证明以上机理是可靠的；
2、因铜套与活塞挤压铸造成一体，且一同进行热处理，两者之间的铸造应力完全消除，并同时进行了定性处理，没有两者因过盈配合产生的胀力，因此，这种活塞在发动机运转中不会因铜套影响活塞与气缸的配合精度，且铜套与活塞销座孔结合紧密，牢固可靠；
3、活塞与铜套同为一体切削加工，提高了活塞的几何精度；
4、简化生产工艺，提高了生产效益，降低产品成本。
附图说明
图1是本发明所述镶铜套活塞的结构示意主视图，
图2是图1的俯视图，
图3是本发明的活塞挤压模具的结构示意主视图，
图4是图3中A-A的剖视图，
图5是铜套的半成品结构示意主视图，
图6是图5的A-A剖视图，
图7是图6中的A处局部放大图。
图中：1、铜套；2、活塞销座孔φ；3、咬合槽（三条）；4、定模套；5、定胎模；6、楔形压缩头；7、活塞型腔；8、铜套半成品；9、销孔轴；10、动胎模；11、动模套；12、装耐磨圈槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
实施例1：用挤压铸造将铜套与活塞铸造成为一体的方法，包括如下步骤：⑴、先按活塞成品图加工好如图5、图6和图7的铜套半成品8，在铜套半成品8的外圆上设有咬合槽3，要求铜套半成品8的内径φ1=产品图规定销孔内径+切削加工余量，且能与模型的销孔轴装合；要求铜套半成品的外径φ2=产品图规定的铜套外径尺寸；
⑵、制作出如图3和图4的活塞挤压模具，该活塞挤压模具由：定模套4，定胎模5；楔形压缩头6，活塞型腔7，销孔轴9，动胎模10，动模套11和装耐磨圈槽12组成；
⑶、将模具在挤压机上安装好；
⑷、将铜套半成品8清洗干净后放入温度为80℃的电炉内预热10分钟；
⑸、将加热后的铜套半成品8，装入活塞模具型腔7的销孔轴9上；
⑹、把铝熔液浇入活塞模具型腔7内，启动挤压机将楔形压缩头6压下，使型腔7内铝熔液承受90Map的比压，保压10秒钟，然后打开动模，卸下铸件，就为半成品，最后经切削加工，就成为如图1和图2的镶有铜套1和有活塞销座孔φ2的活塞成品。
实施例2：用挤压铸造将铜套与活塞铸造成为一体的方法，包括如下步骤：
⑴、先按活塞成品图加工好如图5、图6和图7的铜套半成品8，在铜套半成品8的外圆上均匀地设有三条咬合槽3，要求铜套半成品8的内径φ1=产品图规定销孔内径+切削加工余量，且能与模型的销孔轴装合；要求铜套半成品的外径φ2=产品图规定的铜套外径尺寸；
⑵、制作出如图3和图4的活塞挤压模具，该活塞挤压模具由：定模套4，定胎模5；楔形压缩头6，活塞型腔7，销孔轴9，动胎模10，动模套11和装耐磨圈槽12组成；
⑶、将模具在挤压机上安装好；
⑷、将铜套半成品8清洗干净后放入温度为120℃的电炉内预热13分钟；
⑸、将加热后的铜套半成品8，装入活塞模具型腔7的销孔轴9上；
⑹、把铝熔液浇入活塞模具型腔7内，启动挤压机将楔形压缩头6压下，使型腔7内铝熔液承受110Map的比压，保压12秒钟，然后打开动模，卸下铸件，就为半成品，最后经切削加工，就成为如图1和图2的镶有铜套1和有活塞销座孔φ2的活塞成品。
实施例3：用挤压铸造将铜套与活塞铸造成为一体的方法，包括如下步骤：
⑴、先按活塞成品图加工好如图5、图6和图7的铜套半成品8，在铜套半成品8的外圆上均匀地设有三条咬合槽3，要求铜套半成品8的内径φ1=产品图规定销孔内径+切削加工余量，且能与模型的销孔轴装合；要求铜套半成品的外径φ2=产品图规定的铜套外径尺寸；
⑵、制作出如图3和图4的活塞挤压模具，该活塞挤压模具由：定模套4，定胎模5；楔形压缩头6，活塞型腔7，销孔轴9，动胎模10，动模套11和装耐磨圈槽12组成；
⑶、将模具在挤压机上安装好；
⑷、将铜套半成品8清洗干净后放入温度为160℃的电炉内预热17分钟；
⑸、将加热后的铜套半成品8，装入活塞模具型腔7的销孔轴9上；
⑹、把铝熔液浇入活塞模具型腔7内，启动挤压机将楔形压缩头6压下，使型腔7内铝熔液承受140Map的比压，保压15秒钟，然后打开动模，卸下铸件，就为半成品，最后经切削加工，就成为如图1和图2的镶有铜套1和有活塞销座孔φ2的活塞成品。

Claims (4)

1.一种将铜套与活塞铸造成为一体的方法，该方法采用挤压铸造工艺将铜套与活塞铸造成为一体，它是在活塞挤压过程中，先把模具在挤压机上安装好，再把加工好的铜套半成品装到活塞挤压模型的销孔轴上，并往型腔内浇满铝熔液，进行挤压铸造使铜套半成品与活塞铸造成为一体；其特征是：所述铜套与活塞挤压铸造成为一体的方法,包括如下步骤：
A、按活塞产成品图加工好铜套的半成品，在该半成品铜套的外圆周上设有咬合槽，要求铜套半成品的内径φ1=产品图规定销孔内径+切削加工余量，且能与模型的销孔轴装合；要求铜套半成品的外径φ2=产品图规定的铜套外径尺寸；
B、把铜套半成品彻底清洗干净，不得沾有油污，在80℃～160℃的电炉内预热8～17分钟后，装到活塞模型的销孔轴上，将铝熔液浇入活塞型腔，并随即使楔形压缩头压下，促使型腔内铝熔液承受90～140Map的比压，保压10～15秒钟后，把动模打开，卸下铸件，就成为镶有铜套的活塞成品铸件；
C、将镶有铜套的活塞成品铸件进行热处理后，以活塞坯件的销孔中心线为原始基准，进行切削加工，经检验合格后即成为铜套与活塞铸造成为一体的成品。
2.根据权利要求1所述将铜套与活塞铸造成为一体的方法，其特征是：所述铜套与活塞挤压铸造成为一体的方法，包括如下步骤：
A、先按活塞成品图加工好如铜套半成品（8），在铜套半成品（8）的外圆上均匀地设有三条咬合槽（3），要求铜套半成品（8）的内径φ1=产品图规定销孔内径+切削加工余量，且能与模型的销孔轴装合；要求铜套半成品的外径φ2=产品图规定的铜套外径尺寸；
B、制作出活塞挤压模具，该活塞挤压模具由：定模套（4），定胎模(5)；楔形压缩头(6)，活塞型腔(7)，销孔轴(9)，动胎模(10)，动模套（11）和装耐磨圈槽（12）组成；
C、将活塞挤压模具在挤压机上安装好；
D、将铜套半成品(8)清洗干净后放入温度为80℃的电炉内预热10分钟；
E、将加热后的铜套半成品(8)，装入活塞模具型腔(7)的销孔轴(9)上；
F、把铝熔液浇入活塞模具型腔(7)内，启动挤压机将楔形压缩头(6)压下，使型腔(7)内铝熔液承受90Map的比压，保压10秒钟，然后打开动模，卸下铸件，就为半成品，最后经切削加工，就成为镶有铜套(1)和有活塞销座孔φ2的活塞成品。
3.根据权利要求1或2所述将铜套与活塞铸造成为一体的方法，其特征是：所述铜套与活塞挤压铸造成为一体的方法,包括如下步骤：
A、先按活塞成品图加工好铜套半成品（8），在铜套半成品（8）的外圆上均匀地设有三条咬合槽（3），要求铜套半成品（8）的内径φ1=产品图规定销孔内径+切削加工余量，且能与模型的销孔轴装合；要求铜套半成品的外径φ2=产品图规定的铜套外径尺寸；
B、制作出活塞挤压模具，该活塞挤压模具由：定模套（4），定胎模（5）；楔形压缩头（6），活塞型腔（7），销孔轴（9），动胎模（10），动模套（11）和装耐磨圈槽（12）组成；
C、将模具在挤压机上安装好；
D、将铜套半成品（8）清洗干净后放入温度为120℃的电炉内预热13分钟；
E、将加热后的铜套半成品（8），装入活塞模具型腔（7）的销孔轴（9）上；
F、把铝熔液浇入活塞模具型腔（7）内，启动挤压机将楔形压缩头（6）压下，使型腔（7）内铝熔液承受110Map的比压，保压12秒钟，然后打开动模，卸下铸件，就为半成品，最后经切削加工，就成为镶有铜套（1）和有活塞销座孔φ2的活塞成品。
4.根据权利要求1或2所述将铜套与活塞铸造成为一体的方法，其特征是：所述铜套与活塞挤压铸造成为一体的方法,包括如下步骤：
A、先按活塞成品图加工好铜套半成品（8），在铜套半成品（8）的外圆上设有三条咬合槽（3），要求铜套半成品（8）的内径φ1=产品图规定销孔内径+切削加工余量，且能与模型的销孔轴装合；要求铜套半成品的外径φ2=产品图规定的铜套外径尺寸；
B、制作出活塞挤压模具，该活塞挤压模具由：定模套（4），定胎模（5）；楔形压缩头（6），活塞型腔（7），销孔轴（9），动胎模（10），动模套（11）和装耐磨圈槽（12）组成；
C、将模具在挤压机上安装好；
D、将铜套半成品（8）清洗干净后放入温度为160℃的电炉内预热17分钟；
E、将加热后的铜套半成品（8），装入活塞模具型腔(7)的销孔轴(9)上；
F、把铝熔液浇入活塞模具型腔（7）内，启动挤压机将楔形压缩头(6)压下，使活塞模具型腔（7）内铝熔液承受140Map的比压，保压15秒钟，然后打开动模，卸下铸件，就为半成品，最后经切削加工，就成为镶有铜套(1)和有活塞销座孔φ2的活塞成品。
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