CN104070331A - 制造用于压铸装置的活塞环的方法及活塞环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造用于压铸装置的活塞环的方法及活塞环，该方法包括步骤S1：熔化一定量的铁合金；步骤S2：在熔化步骤中供应该被熔化的铁合金至离心铸模的孔，并同时通过以预定转速旋转离心铸模以将被熔化的铁合金紧密接触孔的内周围表面，藉此执行离心铸造；步骤S3：在离心铸模的孔内将离心铸造的半成品活塞环退火；步骤S4：将半成品活塞环切割成具有完整产品尺寸与被切割活塞环的粗研磨内直径和外直径的活塞环；步骤S5：热处理活塞环；步骤S6：细研磨活塞环的内直径和外直径与侧表面；步骤S8：通过线切割形成具有预定角度倾斜的切口或具有一U型和一倒U型的缺口的活塞环；以及步骤S9：通过滚筒磨光对该活塞环执行去毛边程序。

Description

制造用于压铸装置的活塞环的方法及活塞环
技术领域
本发明涉及一种制造用于压铸装置的活塞环的方法，以及更特别地，涉及一种制造用于活塞的环的方法，其执行一将熔化的金属注入一压铸装置内的一铸模的功能，该压铸装置例如为镁合金或其类似者所制成的热室压铸装置，本发明还涉及一种以该方法所制造的活塞环。
背景技术
压铸装置（die casting apparatus）是一种用来铸造产品的装置，其通过将熔化的金属引进一圆筒中，然后在一特定压力下由活塞杆推动熔化的金属以便注入一连接圆筒的铸模。
在上述的压铸装置中，为了要将引进圆筒中的熔化金属轻易地注入铸模中，在圆筒中使用的活塞必须维持一定的强度和耐用性，而活塞在滑动时不仅要平顺，也要维持活塞的外表面和圆筒内周围的表面之间的气密性。
因此，如图1所示，一金属环3被架设在一连接到一活塞杆1的末端的活塞的外围表面，所以当活塞2沿着圆筒的内部移动时，金属环3与圆筒的内周围表面接触并于其上滑动，并推动熔化的金属。
架设在活塞2上的环3需要高耐用性和强度。一般来说，为了满足此种耐用性和强度，金属环是在模铸（mold casting）后加以锻造（forging）。
然而，当环3于模铸后接着锻造时，会使得成本提高，并且花费时间和心力，结果是使制造成本增加。
发明内容
本发明用以解决上述的问题。本发明的一个目的是提供一种制造用于压铸装置的活塞环的方法，其可减少制造成本，省下时间与心力。
本发明的另一个目的是提供用于压铸装置的活塞环，其可增加耐用性和强度，而此种活塞环以上述方法制成。
根据本发明的一个型态，为了达到目的，本发明提供一种制造被架设在一压铸装置的一活塞的一外周围表面的活塞环的方法，包括步骤S1：熔化一定量的铁合金；步骤S2：在该熔化步骤中供应该被熔化的铁合金至一离心铸模的孔并同时通过以一预定转速（rpm）旋转该离心铸模以将该被熔化的铁合金紧密接触该孔的一内周围表面，藉此执行离心铸造；步骤S3：在该离心铸模的该孔内将一离心铸造的半成品活塞环退火；步骤S4：将该半成品活塞环切割成一具有一完整产品尺寸与该被切割活塞环的粗研磨内直径和外直径的活塞环；步骤S5：热处理该活塞环；步骤S6：细研磨该活塞环的该内外直径与侧表面；步骤S8：通过线切割形成具有一预定角度倾斜的切口或具有一U型和一倒U型的缺口的活塞环；以及步骤S9：通过滚筒磨光对该活塞环执行一去毛边程序。
根据本发明的另一型态，系提供一种根据所述方法制造的用于一压铸装置的活塞环，其包含碳的重量占0.17至0.23％、硅的重量占0.15至0.35％、锰的重量占0.4至0.6％、磷或硫的重量占0.01至0.03％、铬的重量占9.0至10.0％、钼的重量占1.8至2.2％、钨的重量占5.0至6.0％、钴的重量占9.5至10.5％，以及其余为铁的一成分。
附图说明
图1所示为一压铸装置的通用活塞杆的前视图；
图2所示为一镁合金的热室压铸装置的组态，其中应用根据本发明的活塞环；
图3所示为利用本发明的制造方法所制造的活塞环的实施例的透视图；
图4a所示为利用本发明的制造方法所制造的活塞环的另一实施例的透视图；
图4b为图4a的活塞环的前视图；
图5所示为根据本发明的优选实施例的用于制造压铸装置的活塞环的方法的流程图；以及
图6所示为离心铸模，用于执行根据本发明的用于制造压铸装置的活塞环的方法。
具体实施方式
以下将配合附图详细说明根据本发明的优选实施例的用于压铸装置的活塞环的制造方法，以及通过该方法制造的活塞环。
首先，图2所示为一镁合金（magnesium alloy）的热室压铸装置（hotchamber die casting apparatus）的组态，其中应用根据本发明的活塞环。镁合金的热室压铸装置包括一具有熔化的金属容纳于其中的熔炉（meltingfurnace）10，以及一圆筒单元（cylinder unit）50（也可称之为“鹅颈（gooseneck）”），圆筒单元被安装在熔炉10内并被通过喷嘴（nozzle）20连接到一压铸模（die casting mold）30，以便通过活塞杆40的往复运动将熔炉10内的熔化金属传送到压铸模30。
活塞环42耦接至一活塞41的外围表面，而活塞41连接至活塞杆40的末端。活塞环42的直径约为70mm。活塞环42可为一开放环的形状，具有一以45度角倾斜切开的部分，如图3所示，并且在切口42a具有一沟槽42b。尽管在本实施例中活塞环42的切口42a具有以45度角倾斜切开的形状，切口42a也可具有一以直线垂直切开的形状。替代地，在图4a与图4b中，替代的切口42a可形成为一U型与一倒U型。在图4b中，介于切口42a之间的部分并没有切断。
活塞环42的成分中包含碳（C）的重量占0.17至0.23％、硅（Si）的重量占0.15至0.35％、锰（Mn）的重量占0.4至0.6％、磷（P）或硫（S）的重量占0.01至0.03％、铬（Cr）的重量占9.0至10.0％、钼（Mo）的重量占1.8至2.2％、钨（W）的重量占5.0至6.0％、钴（Co）的重量占9.5至10.5％，以及其余为铁（Fe），此种活塞环的材料在700℃以上的高温下具有良好的弹性、耐热性与耐磨性。
以下将描述根据本发明的活塞环42的制造方法。
参考图5，其为根据本发明的优选实施例的用于制造压铸装置的活塞环的方法的流程图，该方法包括步骤S1：熔化一定量的铁合金；步骤S2：在该熔化步骤中供应该被熔化的铁合金至一离心铸模的孔并同时通过以一预定转速（rpm）旋转该离心铸模以将该被熔化的铁合金紧密接触该孔的一内周围表面，藉此执行离心铸造（centrifugal casting）；步骤S3：在该离心铸模的该孔内将一离心铸造的半成品活塞环退火；步骤S4：将该半成品活塞环切割成一具有一完整产品尺寸与该被切割活塞环的粗研磨内和外直径的活塞环；步骤S5：热处理该活塞环；步骤S6：细研磨该活塞环的该内和外直径与侧表面；步骤S7：在该活塞环的一表面上标示一管理号码；步骤S8：形成具有一切口42a的活塞环；步骤S9：通过滚筒磨光对该活塞环执行一去毛边程序；以及步骤S10：对该活塞环执行弹性和尺寸测试。
以下将详细说明制造活塞环的方法的每一个步骤：
首先，包括铁、碳、硅以及其类似者的铁合金，如上所述，作为活塞环的复合材料，被放到熔炉（melting furnace）中，并且在1600℃至1700℃的温度下熔化（步骤S1）。
接着，如图6所示，当熔化的铁合金被放在杓子（ladle）103内，然后倒进水平离心铸模（centrifugal casting mold）100的导料斗（guide hopper）104，铁合金会经由导料斗104送到离心铸模100的孔101。接着以1000至3000rpm的转速旋转离心铸模100以将铁合金紧密接触孔101的内周围表面，藉此执行离心铸造（步骤S2）。在完成离心铸造的步骤后，半成品活塞环会成为圆柱型环。半成品活塞环具有最小25mm或接近的直径。
在经过上述的离心铸造步骤制造出半成品活塞环后，将半成品活塞环从离心铸模100的孔101取出以便退火（步骤S3）。在退火步骤中，半成品活塞环会被载入退火腔室，在900℃至1000℃，优选为950℃的温度下，逐渐冷却5小时，藉此使半成品活塞环的结构形成微球状（micro-spheroidizing）。在此，半成品活塞环的硬度为HRC40以下，以方便进行后续的处理。
在退火步骤完成后，半成品活塞环会被切割为具有完整产品尺寸，如图3与图4所示，接着切割好的活塞环42会接受粗研磨（步骤S4）。
接着，活塞环42会接受淬火和回火的热处理，使得活塞环42在热处理后具有HRC45至50的硬度（步骤S5）。活塞环也可接受低压电浆离子氮化热处理。低压电浆离子氮化热处理使活塞环42的表面氮化，具有大约0.15mm厚度的抗氧化涂层（anti-oxidation coating），藉此增加表面硬度，强化活塞环的耐用性与抗磨性。
在热处理后，活塞环42的内和外直径与侧表面会接受粗研磨以调整活塞环的尺寸和粗糙度至预定数值（步骤S6）。接着，产品料号、管理号码、生产月年、产品规格，以及其类似者会被标记在活塞环的表面（比如内表面）上（步骤S7），而通过线切割形成具有45度倾斜的切口42a（如第三图）或具有一U型和一倒U型的缺口的活塞环（如第四A图与B图）（步骤S8）。
接着，最后活塞环会经由滚筒磨光去毛边程序以去除毛边（步骤S9），然后挑选出有瑕疵的产品并执行活塞环的弹性和尺寸测试（步骤S10）。
根据本发明，由于活塞环42是经由离心铸造，因此可降低制造成本与时间。此外，泡沫和非金属切痕也可以在离心铸造程序中移除，由离心铸造确保结构精简和强度。
此时，用以架设活塞环42的压铸装置的活塞是经由砂铸特殊钢（sandcasting special steel）、退火，然后接着经过切割、粗研磨已切割的外直径，细研磨外直径、钻孔与内部刻痕（drilling and tapping）、碾磨（milling）、标示号码，以及低压电浆离子氮化热处理等等步骤依序执行。在低压电浆离子氮化热处理之后，活塞优选为具有Hv1000或更高的硬度。
根据本发明，当活塞环以离心铸造时，其优势是可以排除材料的浪费，因此可降低制造成本，节省时间与心力。
此外，在使用本发明所提出的制造方法来制造活塞环时，可采用本发明所建议的成分和比例，以加强耐用性和强度。
尽管本发明的技术范畴已经通过附属的图表加以叙述，不过上述的说明仅为举例，而非用来限制本发明，同时，本领域的普通技术人员应可了解，在不悖离本发明的技术范畴的情形下，可对本发明进行各种修改与变化。

Claims (5)

1.一种制造用于压铸装置的活塞环的方法，所述活塞环被架设在压铸装置的活塞的外围表面，其中，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：熔化一定量的铁合金；
步骤S2：在所述步骤S1中将被熔化的所述铁合金供应至一离心铸模的孔，并同时通过以一预定转速旋转所述离心铸模，以将被熔化的所述铁合金与所述孔的一内周围表面紧密接触，藉此执行离心铸造；
步骤S3：在所述离心铸模的所述孔内对一离心铸造的半成品活塞环进行退火处理；
步骤S4：将所述半成品活塞环切割成一具有一完整产品尺寸与被切割活塞环的粗研磨的内直径和外直径的活塞环；
步骤S5：对所述活塞环进行热处理工艺；
步骤S6：细研磨所述活塞环的所述内直径和所述外直径与侧表面；
步骤S8：通过线切割形成具有一预定角度倾斜的切口或具有一U型和一倒U型的缺口的活塞环；以及
步骤S9：通过滚筒磨光对所述活塞环执行一去毛边程序。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤S2中，所述离心铸造通过以1000至3000rpm的转速水平地旋转所述离心铸模而执行。
3.根据权利要求1所述的方法，还包含在所述步骤S6执行后的步骤S7：在所述活塞环的表面标示一管理号码；以及在所述步骤S9执行后的步骤S10：对所述活塞环执行弹性和尺寸测试。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S5，所述活塞环接受一低压电浆离子氮化热处理。
5.一种使用根据权利要求1至4中任一项所述的方法制造的活塞环，其中，所述活塞环的成分包含碳的重量占0.17至0.23％、硅的重量占0.15至0.35％、锰的重量占0.4至0.6％、磷或硫的重量占0.01至0.03％、铬的重量占9.0至10.0％、钼的重量占1.8至2.2％、钨的重量占5.0至6.0％、钴的重量占9.5至10.5％、以及其余为铁的一成分。
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