CN109093112B - 一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，在下拉式标准模架的基础上，合理分布和设计第一下模冲、第二下模冲、第三下模冲等零部件的位置和结构，在装粉靴将活塞粉末装入模架的阴模型腔中以后，利用提升杆的提升作用，滑块、轭形板的定位作用，上下模冲的压力作用等完成汽车发动机活塞的压制成型，随后将整个模架放入高温炉中加热至粉末液相线以下保温一段时间完成对活塞的粉末冶金毛坯制造，最后通过机械加工气环、油环等制造成型汽车发动机活塞；本发明可制造高质量、高致密性、高强度的汽车发动机活塞，更可方便制造陶瓷颗粒均匀或梯度增强的铝硅发动机活塞，有效减少机械加工和材料浪费。

Description

一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架

技术领域

本发明属于粉末冶金汽车零件领域，具体涉及一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，适用于制造高质量、高致密性、高强度汽车发动机活塞，尤其是陶瓷颗粒均匀增强的铝硅发动机活塞和陶瓷颗粒梯度增强的铝硅发动机活塞。

背景技术

发动机是为整车提供动力的装置，称得上是汽车的“心脏”，而发动机活塞在发动机的工作中起着重要作用，是发动机的关键性零件。由于服役环境恶劣，活塞往往需要承受较大的机械载荷和较高的热负荷，因此一般要求活塞密度小、强度高、耐磨性好、耐高温、热传导性能好、抗疲劳、可加工性能良好等。汽车发动机活塞材料大多是铝硅复合材料，目前美国、日本开始用陶瓷颗粒增强铝硅复合材料以提高发动机活塞的耐磨性和抗热冲击等性能，而陶瓷颗粒梯度增强的铝硅发动机活塞即活塞顶部含陶瓷颗粒最多、头部次之、裙部最少，这样既能提高发动机顶部耐高温、耐磨、强度等特性，还能保证头部和裙部的热传导性能和可加工性能良好。

现有活塞的制造工艺主要有金属型铸造、锻造、挤压铸造、焊接工装等。其中金属型铸造由于操作方便、模具简单、能满足多数汽车发动机强度要求等优点成为现在市场中流通活塞的最广泛的制造方法，但是金属型铸造容易在铸造过程中的不同阶段产生夹渣、气孔、缩孔、冷隔等铸造缺陷，铸造缺陷不及时发现可能会造成发动机活塞的永久性失效甚至事故的发生，缺陷的存在还有可能使制造活塞的成功率下降，其由于存在铸造浇冒口会造成一定程度上原料和能源的浪费，且后续需要大量机械加工，在加工过程中容易产生撕裂、毛刺等加工缺陷从而降低产品质量；锻造的活塞可以细化晶粒、增加致密性、提高塑性、可满足大功率汽车强度要求，但是锻造一般配合铸造活塞毛坯或粉末冶金活塞毛坯使用，工序众多；挤压铸造活塞也称液态模锻，是一种介于铸造和锻造之间的活塞制造方法，能有效减少气孔、缩孔等的铸造缺陷，但生产设备复杂；焊接工装即将分别制造的活塞头部和活塞裙部通过激光焊接、摩擦焊接等方式焊接为一个整体，焊接前必须对各个部分进行清洗然后采用夹具进行高精度定位，焊接后容易出现气孔、夹杂、未焊透、裂纹、焊瘤等缺陷；此外上述制造工艺中除了与粉末冶金相结合的锻造之外，较难实现陶瓷增强相与铝硅基体的均匀混合或者梯度混合，难以制备陶瓷颗粒均匀增强的铝硅发动机活塞和陶瓷颗粒梯度增强的铝硅发动机活塞。

发明内容

针对现有活塞制造工艺中可能存在的夹渣、气孔、缩孔、冷隔等铸造缺陷，铸造浇冒口材料、能源浪费，大量机械加工过程中撕裂、毛刺等加工缺陷，生产设备复杂，较难实现增强颗粒均匀分布以及梯度分布等一系列问题，本发明提出一种用于粉末冶金方式制造高质量、高致密性、高强度汽车发动机活塞的模架，更可方便制造陶瓷颗粒均匀或梯度增强的铝硅发动机活塞，有效减少机械加工和材料浪费。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，包括上模冲板、轭形板、固定底板、阴模板、阴模、上模冲、下模冲和辅助脱模机构，其特征在于：

上模冲板的下方设置轭形板，上模冲板上表面连接外部的驱动机构的上压头，轭形板下表面连接外部的驱动机构的下压头；固定底板设置在上模冲板和轭形板之间，且固定底板固定安装在工作台上；阴模板设置在上模冲板和固定底板之间，阴模板下表面固定有四根竖直设置的导柱，四根导柱穿过固定底板后与轭形板的上表面固定，上模冲板下表面左右两侧各固定设置有一个上模冲导柱，上模冲导柱穿过阴模板对应位置的导柱通孔使上模冲板可在上模冲导柱的导向作用下在阴模板上方上下运动；

阴模通过阴模压板和阴模座固定设置在阴模板中心处的阴模板阶梯通孔中；

上模冲的上部通过上模冲压板固定在上模冲板下表面中心处，上模冲下部的直径与阴模中心处的阴模型腔的内径相等；

下模冲包括第一下模冲、套装在第一下模冲上的第二下模冲和套装在第二下模冲上的第三下模冲，其中第一下模冲为有两个轴径的阶梯轴，第一下模冲的上部为小轴颈段，第一下模冲的下部为大轴颈段，第一下模冲的小轴径段的外圆柱面上开有两条沿第一下模冲小轴颈段的轴线方向设置的、纵向截面为矩形的第一下模冲凹槽，两条第一下模冲凹槽沿第一下模冲小轴颈段的轴线对称，第二下模冲底部为一个圆环形的定位圆环，第二下模冲的定位圆环的内表面上竖直固定设置有两条沿定位圆环轴线对称的第二下模冲叉臂，第二下模冲叉臂的外表面为弧形，每条第二下模冲叉臂的顶端均开有一个弧形槽，第二下模冲套装在第一下模冲的小轴颈段上，两条第二下模冲叉臂嵌入对应的第一下模冲凹槽内，第二下模冲叉臂与第一下模冲凹槽过渡配合，第三下模冲为一个空心阶梯轴，第三下模冲的上部为小轴颈段，第三下模冲的下部为大轴颈段；第三下模冲套装在两条第二下模冲叉臂上；第三下模冲压板将第三下模冲的大轴径段固定安装在第三下模冲托板上，第三下模冲托板通过两个对称设置的第三下模冲支柱固定设置在固定底板上；位于第三下模冲托板下方的第二下模冲压板将第二下模冲的定位圆环固定安装在位于第三下模冲托板下方的第二下模冲支座的上表面，第二下模冲支座为一个下部开口的中空的圆柱形，第二下模冲支座的下端面上还固定连接有一个第二下模冲左提升杆和一个第二下模冲右提升杆，第二下模冲左提升杆和第二下模冲右提升杆底部均依次穿过辅助脱模机构中的滑块、辅助脱模机构中的滑轨以及固定底板并由固定底板下表面伸出，固定底板下表面下方有一个装粉调节螺母通过内螺纹与第二下模冲左提升杆下部的外螺纹连接，固定底板下表面下方有一个装粉调节螺母通过内螺纹与第二下模冲右提升杆下部的外螺纹连接，第二下模冲左提升杆的装粉调节螺母与轭形板上表面之间有一个提升杆弹簧，第二下模冲右提升杆的装粉调节螺母与轭形板上表面之间设置有一个提升杆弹簧，第二下模冲支座内设置有第一下模冲支座，第一下模冲压板将第一下模冲的大轴径段固定安装在第一下模冲支座上，第一下模冲支座下表面中心处还固定连接有一个第一下模冲提升杆，第一下模冲提升杆依次穿过辅助脱模机构中的滑块、辅助脱模机构中的滑轨以及固定底板并由固定底板下表面伸出，固定底板下表面下方有一个装粉调节螺母通过内螺纹与第一下模冲提升杆下部的外螺纹连接，第一下模冲提升杆的装粉调节螺母与轭形板上表面之间设置有一个提升杆弹簧；

辅助脱模机构位于固定底板的正上方，包括两条对称且间隔设置在第二下模冲支座和第一下模冲支座下方的长方体形状的滑轨，两条滑轨水平固定安装在固定底板的上表面，两个对称的间隔设置的滑块分别设置在两条滑轨上并可在滑轨上左右滑动，滑轨的中部和滑块的中部均设置有供第三下模冲支柱、第一下模冲提升杆、第二下模冲左提升杆和第二下模冲右提升杆穿过的凹槽，每个滑块中部的凹槽中通过一个滚轮销安装有一个滚轮，滚轮位于第三下模冲支柱外侧，滚轮销的轴线在水平面上且沿前后方向设置，两个楔形块固定安装在阴模板下表面且每个楔形块位于对应的滚轮的正上方，楔形块底部为一个向外倾斜的斜面，楔形块的倾斜斜面可作用于滚轮表面从而将两个滑块向左右两侧推出。

进一步的技术方案包括：

所述的上模冲为阶梯轴状，上模冲的上部为大轴颈段，上模冲的下部为小轴颈段，上模冲上部的大轴颈段通过上模冲压板固定在上模冲板下表面中心处，上模冲下部的小轴颈段向下移动时精准进入阴模的型腔压制粉末。

所述的阴模为一个中空的三段式阶梯轴，阴模内表面为阴模型腔，阴模外表面有上定位轴肩和下定位轴肩，阴模座为内表面有阶梯通孔、外表面有定位轴肩的阶梯轴，阴模座过渡配合套设在阴模上，阴模座内表面的定位台阶与阴模外表面的上定位轴肩接触从而限制阴模上极限位置，阴模板中心处的阴模板阶梯通孔为三段式阶梯通孔，阴模座的下端面和阴模外表面的下定位轴肩与阴模板阶梯通孔下部的台阶接触从而限制阴模座和阴模的下极限位置，阴模压板为一个环形板，阴模压板的内圆环面过渡配合套装在阴模座上部的小轴颈段的外圆柱面上，阴模压板的下表面与阴模座外表面的定位轴肩接触，阴模压板的外圆环面与阴模板阶梯通孔中的上部圆孔的内表面螺纹固定连接从而限制阴模座的上极限位置。

固定底板与导柱之间设置有导套。

阴模板与上模冲导柱之间设置有导套。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明主要是在下拉式标准模架的基础上，创造性地合理分布和设计第一下模冲、第二下模冲、第三下模冲等零部件的位置和结构，在装粉靴将活塞粉末装入阴模型腔后，利用提升杆的提升作用，滑块、轭形板的定位作用，上下模冲的压力作用等完成汽车发动机活塞的压制成型，随后将整个模架放入高温炉中加热至粉末液相线以下保温一段时间完成对活塞的粉末冶金毛坯制造，最后通过机械加工气环、油环等制造成型汽车发动机活塞，本发明所述模架可制造高质量、高致密性、高强度的汽车发动机活塞，能有效避免铸造活塞过程中可能会出现的夹渣、气孔、缩孔、冷隔等铸造缺陷，此外由于粉末冶金时材料并不熔化，能有效避免铸造中坩埚、脱氧剂等可能带来的杂质，提高活塞的强度、寿命；

2.本发明所述一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架在制造汽车发动机活塞时主要在阴模型腔内依靠上、下模冲将活塞压制成型，可有效避免铸造过程中的浇冒口存在，有效减少材料和能源浪费，而且能直接压制成最终尺寸的压坯，经过烧结后只需进行简单精整和气环、油环、活塞销孔等的机械加工，在很大程度上减少了铸造活塞以后大量的机械加工，可减少加工过程中会产生的撕裂、毛刺等加工缺陷从而提高产品质量，更能大大节约材料；

3.本发明所述一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架可以装入提前混合均匀的陶瓷和铝硅粉末从而制造陶瓷颗粒增强的汽车发动机活塞，可以有效提高活塞的耐磨性、抗热冲击性、强度，降低整体热膨胀系数，保证活塞与汽缸壁的间隙，减少活塞磨损，保证润滑，避免活塞敲缸等现象出现，提高乘客的安全感和舒适感；

4.本发明所述一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架可分多次装粉，可分别装入不同陶瓷含量的粉末从而制造陶瓷颗粒梯度增强的铝硅发动机活塞即活塞顶部含陶瓷颗粒最多、头部次之、裙部最少，既能提高发动机顶部耐高温、耐磨性、抗热冲击性、强度等特性，还能保证头部和裙部的热传导性能和可加工性能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架的外部构造示意图；

图2为本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架的剖视图；

图3为本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架的一个轴测投影视图；

图4为本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架的另一个轴测投影视图；

图5为本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架的上模冲的结构示意图；

图6为本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架的第一下模冲的结构示意；

图7为本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架的第二下模冲的结构示意图；

图8为本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架的第三下模冲的结构示意图；

图9为使用本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架制造出的粉末冶金汽车发动机活塞的一个轴测投影图；

图10为使用本发明所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架制造出的粉末冶金汽车发动机活塞的仰视图；

图11为本发明所述的上下模冲的工作过程示意图。

图中：1.上模冲板，2.上模冲导柱，3.上模冲压板，4.上模冲，5.粉末冶金汽车发动机活塞，6.第三下模冲，7.第三下模冲压板，8.第三下模冲托板，9.第三下模冲支柱，10.第一下模冲，11.第一下模冲压板，12.第一下模冲支座，13.滑块，14.滚轮，15.滚轮销，16.滑轨，17.固定底板，18.第二下模冲右提升杆，19.轭形板，20.第一下模冲提升杆，21.提升杆弹簧，22.装粉调节螺母，23.导柱，24.第二下模冲左提升杆，25.第二下模冲支座，26.第二下模冲，27.第二下模冲压板，28.楔形块，29.阴模板，30.阴模，31.阴模座，32.阴模压板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供了一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，下面结合图1至图11进一步说明本发明的具体内容及工作过程。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，包括上模冲板1、轭形板19、固定底板17、阴模板29、阴模30、上模冲4、下模冲和辅助脱模机构；

上模冲板1的下方设置轭形板19，上模冲板1上表面连接外部的驱动机构的上压头，轭形板19下表面连接外部的驱动机构的下压头；固定底板17设置在上模冲板1和轭形板19之间，且固定底板17固定安装在工作台上保持位置不变；阴模板29设置在上模冲板1和固定底板17之间，阴模板29下表面固定有四根竖直设置的导柱23，四根导柱23穿过固定底板17后与轭形板19的上表面，其中固定固定底板17与导柱23之间设置有导套，上模冲板1下表面左右两侧各固定设置有一个上模冲导柱2，上模冲导柱2穿过阴模板29对应位置的导柱通孔使上模冲板1可在上模冲导柱2的导向作用下在阴模板29上方上下运动，其中阴模板29与上模冲导柱2之间设置有导套；

阴模30通过阴模压板32和阴模座31固定设置在阴模板29中心处的阴模板阶梯通孔中，其中阴模30为一个中空的三段式阶梯轴，阴模30内表面为阴模型腔，阴模30外表面有上定位轴肩和下定位轴肩，阴模座31为内表面阶梯通孔、外表面有定位轴肩的阶梯轴，阴模座31过渡配合套设在阴模30上，阴模座31内表面的定位台阶与阴模30外表面的上定位轴肩接触从而限制阴模30上极限位置，阴模板29中心处的阴模板阶梯通孔为三段式阶梯通孔，阴模座31的下端面和阴模30外表面的下定位轴肩与阴模板阶梯通孔下部的台阶接触从而限制阴模座31和阴模30的下极限位置，阴模压板32为一个环形板，阴模压板32的下表面与阴模座31外表面的定位轴肩接触，阴模压板32的外圆环面与阴模板阶梯通孔中的上部圆孔的内表面螺纹固定连接从而限制阴模座31的上极限位置；

上模冲4的上部通过上模冲压板3固定在上模冲板1下表面中心处，上模冲4下部的直径与阴模30中心处的阴模型腔的内径相等；

下模冲包括第一下模冲10、套装在第一下模冲10上的第二下模冲26和套装在第二下模冲26上的第三下模冲6，其中第一下模冲10为有两个轴径的阶梯轴，第一下模冲10的上部为小轴颈段，第一下模冲10的下部为大轴颈段，第一下模冲10的小轴径段的外圆柱面上开有两条沿第一下模冲10小轴颈段的轴线方向设置的、纵向截面为矩形的第一下模冲凹槽，两条第一下模冲凹槽沿第一下模冲10小轴颈段的轴线对称，第二下模冲26底部为一个圆环形的定位圆环，第二下模冲26的定位圆环的内表面上竖直固定设置有两条沿定位圆环轴线对称的第二下模冲叉臂，第二下模冲叉臂的外表面为弧形，每条第二下模冲叉臂的顶端均开有一个弧形槽，第二下模冲26套装在第一下模冲10的小轴径段上，两条第二下模冲叉臂嵌入对应的第一下模冲凹槽内，第二下模冲叉臂与第一下模冲凹槽过渡配合，第三下模冲6为一个空心阶梯轴，第三下模冲6的上部为小轴颈段，第三下模冲6的下部为大轴颈段；第三下模冲6套装在两条第二下模冲叉臂上；第三下模冲压板7将第三下模冲6的大轴径段固定安装在第三下模冲托板8上，第三下模冲托板8通过两个对称设置的第三下模冲支柱9固定设置在固定底板17上；位于第三下模冲托板8下方的第二下模冲压板27将第二下模冲26的定位圆环固定安装在位于第三下模冲托板8下方的第二下模冲支座25的上表面，第二下模冲支座25为一个下部开口的中空的圆柱形，第二下模冲支座25的下端面上还固定连接有一个第二下模冲左提升杆24和一个第二下模冲右提升杆18，第二下模冲左提升杆24和第二下模冲右提升杆18底部均依次穿过辅助脱模机构中的滑块13、辅助脱模机构中的滑轨16和固定底板17并由固定底板17下表面伸出，固定底板17下表面下方有一个装粉调节螺母22通过内螺纹与第二下模冲左提升杆24下部的外螺纹连接，固定底板17下表面下方有一个装粉调节螺母22通过内螺纹与第二下模冲右提升杆18下部的外螺纹连接，第二下模冲左提升杆24的装粉调节螺母22与轭形板19上表面之间有一个提升杆弹簧21，第二下模冲右提升杆18的装粉调节螺母22与轭形板19上表面之间设置有一个提升杆弹簧21，第二下模冲支座25内设置有第一下模冲支座12，第一下模冲压板11将第一下模冲10阶梯轴的大轴径段固定安装在第一下模冲支座12上，第一下模冲支座12下表面中心处还固定连接有一个第一下模冲提升杆20，第一下模冲提升杆20依次穿过辅助脱模机构中的滑块13、滑轨16和固定底板17并由固定底板17下表面伸出，固定底板17下表面下方有一个装粉调节螺母22通过内螺纹与第一下模冲提升杆20下部的外螺纹连接，第一下模冲提升杆20的装粉调节螺母22与轭形板19上表面之间设置有一个提升杆弹簧21；

辅助脱模机构位于固定底板17的正上方，包括两条对称且间隔设置在第二下模冲支座25和第一下模冲支座12下方的长方体形状的滑轨16，两条滑轨16水平固定安装在固定底板17的上表面，两个对称的间隔设置的滑块13分别设置在两条滑轨16上并可在滑轨16上左右滑动，滑轨16的中部和滑块13的中部均设置有供第三下模冲支柱9、第一下模冲提升杆20、第二下模冲左提升杆24和第二下模冲右提升杆18穿过的凹槽，每个滑块13中部的凹槽中通过一个滚轮销15安装有一个滚轮14，滚轮14位于第三下模冲支柱9外侧，滚轮销15的轴线在水平面上且沿前后方向设置，两个楔形块28固定安装在阴模板29下表面且每个楔形块28位于相应的滚轮14的正上方，楔形块28底部为一个向外倾斜的斜面，当楔形块28在滚轮14上方时，第一下模冲支座12下表面和第二下模冲支座25下表面在第一下模冲提升杆20、第二下模冲左提升杆24和第二下模冲右提升杆18的支撑下位于滑块13上表面上方，当楔形块28下降时，第一下模冲支座12下表面和第二下模冲支座25下表面与滑块13上表面紧密接触从而对第一下模冲支座12和第二下模冲支座25进行定位，当楔形块28继续下降，楔形块28底部向外倾斜的斜面作用于滚轮14表面将滑块13向两侧推出，此时第一下模冲支座12下表面和第二下模冲支座25下表面在竖直向下的方向上不受滑块13上表面的限制从而可使第一下模冲支座12和第二下模冲支座25继续下降。

如图5所示，所述的上模冲4为阶梯轴状，上模冲4的上部为大轴颈段，上模冲4的下部为小轴颈段，上模冲4上部的大轴颈段通过上模冲压板3固定在上模冲板1下表面中心处，上模冲4下部的小轴颈段向下移动时精准进入阴模30的型腔压制粉末；

如图6所示，所述的第一下模冲10为有两个轴径的阶梯轴，第一下模冲10的上部为小轴颈段，第一下模冲10的下部为大轴颈段，第一下模冲10的小轴径段的外圆柱面上开有两条沿第一下模冲10小轴颈段的轴线方向设置的、纵向截面为矩形的第一下模冲凹槽，两条第一下模冲凹槽沿第一下模冲10小轴颈段的轴线对称，第一下模冲10用以形成活塞部分内表面；

如图7所示，所述的第二下模冲26底部为一个圆环形的定位圆环，第二下模冲26的定位圆环的内表面上竖直固定设置两条沿定位圆环轴线对称的第二下模冲叉臂，第二下模冲叉臂的外表面为弧形，每条第二下模冲叉臂的顶端均开有一个弧形槽，第二下模冲叉臂与第一下模冲凹槽过渡配合，第二下模冲26用以形成活塞销向内凸出部分和活塞部分内表面；

如图8所示，所述的第三下模冲6为一个空心阶梯轴，第三下模冲6的上部为小轴颈段，第三下模冲6的下部为大轴颈段，第三下模冲6用以形成活塞裙部的下表面；

如图9、图10所示为一种用于粉末冶金汽车发动机活塞模架制造出的粉末冶金汽车发动机活塞5的一个轴测投影图和仰视图。

下面举例说明一种用于粉末冶金汽车发动机活塞模架的工作过程。

1.首先在阴模30的阴模型腔、上模冲4、第一下模冲10、第二下模冲26、第三下模冲6表面涂覆润滑剂，外部驱动机构的下压头上升，连接在下压头上的轭形板19上升，通过第一下模冲提升杆20、第二下模冲左提升杆24、第二下模冲右提升杆18将第一下模冲10和第二下模冲26向上顶以使第一下模冲支座12下表面和第二下模冲支座25下表面高于滑块13上表面，利用装粉调节螺母22调整固定第一下模冲10、第二下模冲26的装粉位置，利用装粉靴将发动机活塞的粉末装入阴模30的阴模型腔中(如图11第一阶段所示)；

2.外部驱动机构的上压头下降，上模冲4在上模冲导柱2的导向作用下准确进入阴模30的阴模型腔压制粉末(如图11第二阶段所示)，外部驱动机构的上压头继续下降，上模冲4继续对阴模30中的粉末进行压制(如图11第三阶段所示)；

3.当上模冲4下降到指定行程，外部驱动机构的下压头拉动轭形板19相应下降，上模冲4和轭形板19速度可控且上模冲4下降速度稍快，第一下模冲提升杆20、第二下模冲左提升杆24、第二下模冲右提升杆18下降导致第一下模冲10、第二下模冲26也一起下降，第三下模冲6随固定底板17位置保持不变(如图11第四阶段所示)；

4.当第一下模冲10、第二下模冲26下降后，通过第一下模冲支座12下表面、第二下模冲支座25下表面与滑块13上表面紧密接触，对第一下模冲10、第二下模冲26进行定位，固定底板17对第三下模冲6进行定位，之后粉末在上模冲4、第一下模冲10、第二下模冲26、第三下模冲6的共同压制下形成高致密性的发动机活塞5生坯(如图11第四阶段所示)，当压制成型以后，由于模架整体材料为H13模具钢，可将整个模架放入高温炉中加热至粉末液相线以下保温一段时间完成对粉末冶金汽车发动机活塞5(如图9、图10)毛坯的制造；

5.脱模时，外部驱动机构的上压头上升带动上模冲4上升，外部驱动机构的下压头下降，轭形板19、阴模板29下降，固定底板17位置不变，楔形块28底部向外倾斜的斜面作用于滚轮14表面将滑块13向两侧推出，第一下模冲支座12下表面和第二下模冲支座25下表面在竖直向下的方向上不受滑块13上表面的限制，随后第一下模冲支座12、第二下模冲支座25可随轭形板19下降，由于第三下模冲6位置随固定底板17保持不变，在第三下模冲6定位作用下，粉末冶金汽车发动机活塞5毛坯从阴模板29中脱出，由于润滑剂的作用可方便取走粉末冶金汽车发动机活塞5毛坯(如图11第五阶段所示)；

6.随后外部驱动机构的下压头上升，安装在下压头上的轭形板19上升，通过第一下模冲提升杆20、第二下模冲左提升杆24、第二下模冲右提升杆18将第一下模冲10和第二下模冲26向上顶起以使第一下模冲支座12下表面和第二下模冲支座25下表面高于滑块13上表面，利用装粉调节螺母22调整第一下模冲10、第二下模冲26的装粉位置，将滑块13推回到原来的位置，可进行下一次装粉压制；

7.最后对粉末冶金汽车发动机活塞5毛坯通过机械加工气环、油环等制造成型汽车发动机活塞，接着对发动机活塞进行精整从而保证发动机活塞的尺寸和表面粗糙度，随后进行与材料相对应的热处理，完成粉末冶金汽车发动机的制造；

此外在如图11所示的粉末冶金汽车发动机活塞模架上下模冲的工作过程的第一阶段，利用装粉靴将发动机活塞的粉末装入阴模30的阴模型腔时，粉末可为铝硅粉末以制备常见铝硅发动机活塞，也可为提前混合好的陶瓷颗粒增强的铝硅粉末以制备陶瓷颗粒均匀增强的铝硅发动机活塞，还可利用多个装粉靴将不同陶瓷颗粒含量的粉末按照活塞裙部到顶部依次增多的方式装入以制备陶瓷颗粒梯度增强的铝硅发动机活塞。

Claims (5)

1.一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，包括上模冲板(1)、轭形板(19)、固定底板(17)、阴模板(29)、阴模(30)、上模冲(4)、下模冲和辅助脱模机构，其特征在于：

上模冲板(1)的下方设置轭形板(19)，上模冲板(1)上表面连接外部的驱动机构的上压头，轭形板(19)下表面连接外部的驱动机构的下压头；固定底板(17)设置在上模冲板(1)和轭形板(19)之间，且固定底板(17)固定安装在工作台上；阴模板(29)设置在上模冲板(1)和固定底板(17)之间，阴模板(29)下表面固定有四根竖直设置的导柱(23)，四根导柱(23)穿过固定底板(17)后与轭形板(19)的上表面固定，上模冲板(1)下表面左右两侧各固定设置有一个上模冲导柱(2)，上模冲导柱(2)穿过阴模板(29)对应位置的导柱通孔使上模冲板(1)可在上模冲导柱(2)的导向作用下在阴模板(29)上方上下运动；

阴模(30)通过阴模压板(32)和阴模座(31)固定设置在阴模板(29)中心处的阴模板阶梯通孔中；

上模冲(4)的上部通过上模冲压板(3)固定在上模冲板(1)下表面中心处，上模冲(4)下部的直径与阴模(30)中心处的阴模型腔的内径相等；

下模冲包括第一下模冲(10)、套装在第一下模冲(10)上的第二下模冲(26)和套装在第二下模冲(26)上的第三下模冲(6)，其中第一下模冲(10)为有两个轴径的阶梯轴，第一下模冲(10)的上部为小轴颈段，第一下模冲(10)的下部为大轴颈段，第一下模冲(10)的小轴径段的外圆柱面上开有两条沿第一下模冲(10)小轴颈段的轴线方向设置的、纵向截面为矩形的第一下模冲凹槽，两条第一下模冲凹槽沿第一下模冲(10)小轴颈段的轴线对称，第二下模冲(26)底部为一个圆环形的定位圆环，第二下模冲(26)的定位圆环的内表面上竖直固定设置有两条沿定位圆环轴线对称的第二下模冲叉臂，第二下模冲叉臂的外表面为弧形，每条第二下模冲叉臂的顶端均开有一个弧形槽，第二下模冲(26)套装在第一下模冲(10)的小轴颈段上，两条第二下模冲叉臂嵌入对应的第一下模冲凹槽内，第二下模冲叉臂与第一下模冲凹槽过渡配合，第三下模冲(6)为一个空心阶梯轴，第三下模冲(6)的上部为小轴颈段，第三下模冲(6)的下部为大轴颈段；第三下模冲(6)套装在两条第二下模冲叉臂上；第三下模冲压板(7)将第三下模冲(6)的大轴径段固定安装在第三下模冲托板(8)上，第三下模冲托板(8)通过两个对称设置的第三下模冲支柱(9)固定设置在固定底板(17)上；位于第三下模冲托板(8)下方的第二下模冲压板(27)将第二下模冲(26)的定位圆环固定安装在位于第三下模冲托板(8)下方的第二下模冲支座(25)的上表面，第二下模冲支座(25)为一个下部开口的中空的圆柱形，第二下模冲支座(25)的下端面上还固定连接有一个第二下模冲左提升杆(24)和一个第二下模冲右提升杆(18)，第二下模冲左提升杆(24)和第二下模冲右提升杆(18)底部均依次穿过辅助脱模机构中的滑块(13)、辅助脱模机构中的滑轨(16)以及固定底板(17)并由固定底板(17)下表面伸出，固定底板(17)下表面下方有一个装粉调节螺母(22)通过内螺纹与第二下模冲左提升杆(24)下部的外螺纹连接，固定底板(17)下表面下方有一个装粉调节螺母(22)通过内螺纹与第二下模冲右提升杆(18)下部的外螺纹连接，第二下模冲左提升杆(24)的装粉调节螺母(22)与轭形板(19)上表面之间有一个提升杆弹簧(21)，第二下模冲右提升杆(18)的装粉调节螺母(22)与轭形板(19)上表面之间设置有一个提升杆弹簧(21)，第二下模冲支座(25)内设置有第一下模冲支座(12)，第一下模冲压板(11)将第一下模冲(10)的大轴径段固定安装在第一下模冲支座(12)上，第一下模冲支座(12)下表面中心处还固定连接有一个第一下模冲提升杆(20)，第一下模冲提升杆(20)依次穿过辅助脱模机构中的滑块(13)、辅助脱模机构中的滑轨(16)以及固定底板(17)并由固定底板(17)下表面伸出，固定底板(17)下表面下方有一个装粉调节螺母(22)通过内螺纹与第一下模冲提升杆(20)下部的外螺纹连接，第一下模冲提升杆(20)的装粉调节螺母(22)与轭形板(19)上表面之间设置有一个提升杆弹簧(21)；

辅助脱模机构位于固定底板(17)的正上方，包括两条对称且间隔设置在第二下模冲支座(25)和第一下模冲支座(12)下方的长方体形状的滑轨(16)，两条滑轨(16)水平固定安装在固定底板(17)的上表面，两个对称的间隔设置的滑块(13)分别设置在两条滑轨(16)上并可在滑轨(16)上左右滑动，滑轨(16)的中部和滑块(13)的中部均设置有供第三下模冲支柱(9)、第一下模冲提升杆(20)、第二下模冲左提升杆(24)和第二下模冲右提升杆(18)穿过的凹槽，每个滑块(13)中部的凹槽中通过一个滚轮销(15)安装有一个滚轮(14)，滚轮(14)位于第三下模冲支柱(9)外侧，滚轮销(15)的轴线在水平面上且沿前后方向设置，两个楔形块(28)固定安装在阴模板(29)下表面且每个楔形块(28)位于对应的滚轮(14)的正上方，楔形块(28)底部为一个向外倾斜的斜面，楔形块(28)的倾斜斜面可作用于滚轮(14)表面从而将两个滑块(13)向左右两侧推出。

2.根据权利要求1所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，其特征在于：所述的上模冲(4)为阶梯轴状，上模冲(4)的上部为大轴颈段，上模冲(4)的下部为小轴颈段，上模冲(4)上部的大轴颈段通过上模冲压板(3)固定在上模冲板(1)下表面中心处，上模冲(4)下部的小轴颈段向下移动时精准进入阴模(30)的型腔压制粉末。

3.根据权利要求1所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，其特征在于，所述的阴模(30)为一个中空的三段式阶梯轴，阴模(30)内表面为阴模型腔，阴模(30)外表面有上定位轴肩和下定位轴肩，阴模座(31)为内表面有阶梯通孔、外表面有定位轴肩的阶梯轴，阴模座(31)过渡配合套设在阴模(30)上，阴模座(31)内表面的定位台阶与阴模(30)外表面的上定位轴肩接触从而限制阴模(30)上极限位置，阴模板(29)中心处的阴模板阶梯通孔为三段式阶梯通孔，阴模座(31)的下端面和阴模(30)外表面的下定位轴肩与阴模板阶梯通孔下部的台阶接触从而限制阴模座(31)和阴模(30)的下极限位置，阴模压板(32)为一个环形板，阴模压板(32)的内圆环面过渡配合套装在阴模座(31)上部的小轴颈段的外圆柱面上，阴模压板(32)的下表面与阴模座(31)外表面的定位轴肩接触，阴模压板(32)的外圆环面与阴模板阶梯通孔中的上部圆孔的内表面螺纹固定连接从而限制阴模座(31)的上极限位置。

4.根据权利要求1所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，其特征在于：固定底板(17)与导柱(23)之间设置有导套。

5.根据权利要求1所述的一种用于粉末冶金汽车发动机活塞的模架，其特征在于：阴模板(29)与上模冲导柱(2)之间设置有导套。