CN1688402A - 内燃机上v形气缸体的压铸方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于压铸内燃机V型气缸体的模具(20)可由宽范围的压铸机操纵，包括那些没有充足容量操作大型铸件的重型模具的压铸机。这样的模具(20)除了具有用于压铸机固定台板的固定模具元件(21)之外，还仅包括由连杆(13)支承的单个可移动模具元件(22)。所述单个可移动模具元件(22)支承形成空腔的滑块(25)、形成气缸的模芯块(23)以及用于将模芯块(23)锁定在其伸出的形成气缸位置的装置(30)，由此，固定模具元件(21)、形成空腔的滑块(25)以及形成气缸的模芯块(23)形成了模腔。

Description

内燃机上V形气缸体的压铸方法及装置
技术领域
本发明涉及压铸方法及装置，尤其是涉及用于内燃机V型气缸体的压铸方法及装置。
背景技术
压铸法一直用于制造大型物件。现在普遍用压铸法作为制造大型汽车部件如内燃机气缸体和自动变速器壳体成型件的第一步。那样的部件具有严格公差要求的宽大复杂的表面，而压铸法可以在高产量下对其进行成型，消除了高费用的机械加工操作且节省金属。压铸法需要极大的压力施加在液态金属上，当其改变状态时，从熔融金属中释放出大量的热量。要求大型铸模在使这些操作经济上具有吸引力的范围之内保持尺寸公差，同时还要求大型铸模提供强度以承受由高压强和力产生的应力。例如，用于自动变速器壳体那样的大型汽车部件的压铸模具在闭合时，通常是7-8英尺(2.1-2.5米)高，7-8英尺(2.1-2.5米)宽，6-7英尺(1.8-2.1米)厚，必须由高牌号的、高抗拉强度的钢制成。(“模具”和“铸模”一词在此可以互换使用)
那样的模具常常包括一个固定件、一个由压铸机操作以闭合上述模具的移动件，以及几个被称作滑块的滑动件，所述滑动件沿压铸机移动的方向的横向移动以提供具有复杂内凹表面结构的模腔。沿压铸机移动的方向的横向滑动的模具滑块通常由液压缸将其移动至准确的位置。
以压铸法作为制造诸如汽车发动机气缸体和变速器壳体之类的部件的方法是合乎要求的，因为其能生产出有严格公差要求的复杂形状的部件。压铸法不用大量昂贵的机械加工操作就能生产出具有强度和复杂形状表面的上述部件。这些部件具有壁厚，所述壁厚被设计用以利用压铸操作的经济性。由诸如模具翘曲导致的模具部件的不对齐，造型机上模具的不对齐，或者造型机台板表面或其移动方向的不平行能改变壁厚，使部件表面尺寸变形到无法接受的范围，从而导致压铸部件大量的浪费。
用于生产内燃机V型气缸体的压铸法提出了一个难题，因为V型气缸体的气缸成形需要若干形成气缸的铸芯元件，所述铸芯必须在铸模内以锐角移动，内燃机活塞将在所述锐角上工作，而且V型气缸体大且重，尺寸上受到严格公差的控制。
在所述发动机气缸体的压铸过程中，将一些可移动的压模件置于铸模闭合处以形成模腔，接着将其缩回以使铸件从铸模中移出。必须将这些压模件保持就位在闭合处来承受极高的熔融金属注射力，有时高达500,000-1,000,000磅。这些压模件在与压铸机移动的主方向或纵向一致的方向上是可移动的，通过压铸机本身的闭合机构将其锁定在适当的位置。当由滑块、模盖和压铸机闭合机构相互作用的表面合模时，压模件或滑块被锁定在适当的位置，所述压模件或滑块沿与分模面平行的方向移动，所述方向垂直于压铸机移动轴线的方向。即使在压铸的金属注射过程中建立了充分大的力，当它们仅在上述的两个方向移动时，可移动的压模件也能通过压铸机的闭合机构施加的作用在其上的作用力而令人满意地锁定在模具闭合的位置。然而，相对于压铸机纵轴线以锐角移动的模芯元件的锁定已经提出了一个不同的难题。
在这里的描述指的是模芯块或模芯元件，或是形成气缸的模芯块，参考文献指的是相对于压铸机的移动方向以锐角移动的、且能在V型气缸体内支承和定位形成气缸的套筒，或是其它能形成V型气缸体铸件的气缸的模具元件。
美国专利3,433,292公开了一种模具，其中通过支承板与独立液压缸装置的活塞杆的接合将模芯元件锁定在模具闭合的位置，所述液压缸装置用于移动模芯元件。这种锁定机构还不令人满意，因为通过熔融金属的注射力作用在活塞杆上的角向力很大，不利地影响了液压缸的密封，以及由于滑动作用和相对小的接触面积，引起活塞末端和支承板之间的接触区域快速磨损。
美国专利4,206,799公开了对V型气缸体压铸法的进一步改进，其在模具中设置凸压模(ejector die)装置，除了一些滑块外，所述凸压模装置包括一些模具元件和独立的支承板装置，所述模具元件包括以与压铸机移动的纵轴线成锐角的方向相对于模具装置可移动的模芯元件，所述独立的支承板装置与压铸机相连并通过空转连接置于凸压模装置后侧。在这种模具装置中，当机器处于闭合位置时，包括可有角度移动的模芯元件的凸压模装置的模具元件置于模闭合处以在其间形成空腔。在这一位置上，通过压铸机的闭合机构保持支承板装置靠着凸压模装置的后侧和可有角度移动的模芯元件后侧。因此可以保持模闭合处空腔的完整。当用压铸机打开铸模时，以空转连接的限度从凸压模装置中取出支承板装置，从而可将可移动的模芯元件缩回。进一步通过压铸机取出支承板装置可将凸压模装置移至完全的开模位置。
美国专利5,868,241公开了对美国专利4,206,799的V型气缸体模具的提出的改进，以提供具有严格公差要求的铸造V型气缸体。美国专利5,868,241公开的模具不同于美国专利4,206,799公开的模具，其在支承板(被称作凸压盒)和凸压模装置(被称作凸压保持块)上增加了互补的凸凹面，以在通过压铸机将两部件移动至邻接时更精确地相对于支承板(凸压盒)定位凸压模装置(凸压保持块)，除了压铸机的执行机构外，还增加了一执行机构用于移动支承板(凸压盒)和凸压模装置(凸压保持块)至邻接。
因此，目前对压铸内燃机V型气缸体的模具的研究包括第一可移动模具元件(上面被称作凸压模装置和凸压保持块)和一些形成空腔的滑块和它们的液压缸执行机构，所述第一可移动模具元件由压铸机的滑块和连杆支承，在其伸出的形成空腔的位置和可缩回的部件凸压位置之间，沿着与压铸机合模和开模移动方向成锐角的轴线，可往复地支承形成气缸的模芯元件。这些最新的模具也包括与压铸机可移动台板(以上被称作支承板和凸压块)相连的第二可移动部件，其也由与第一可移动模具元件分开的压铸机的滑块和连杆支承，以在其和第一可移动模具元件之间形成开口用于形成气缸的模芯块的入口，同时也在伸出的形成空腔的位置上使前表面与形成气缸的模芯块邻接，利用压铸机的闭合机构，形成气缸的模芯块保持在其伸出的形成气缸的位置上，并承受由熔融金属的注射压力作用的高压。这些模具不仅包括上述可移动模具元件，而且还包括固定模具元件(经常被称作模具盖)。这些模具价格昂贵，常常是庞大重型的，难以用于许多小容量的压铸机。
因此，价格低、体积小的压铸内燃机V型气缸体的模具有需求且具有优势。
发明内容
本发明提供了一种用于内燃机V型气缸体压铸的价廉的模具，其可由宽范围的压铸机来操作，包括那些没有充足容量操作大型铸件的重型模具的压铸机。本发明的模具除了具有用于压铸机固定台板的固定模具元件之外，仅包括由压铸机的连杆和滑块支承的单个可移动模具元件，所述可移动模具元件支承形成气缸的模芯块、用于将模芯块锁定在其伸出的形成气缸的位置上的装置以及一些形成空腔的滑块。
本发明提供了一种用于形成铸造内燃机V型气缸体的模型空腔的模具，除了安装在压铸机固定台板上的固定模具元件外，所述模具还包括安装在压铸机移动台板上的可移动模具元件，其用于移至与固定模具元件的形成空腔相接合，所述可移动模具元件包括形成空腔表面的部分，支承一些包括形成空腔表面的滑块以相对移动台板的移动而横向移动，所述模具还包括一些在所述可移动模具元件内的伸出模腔位置和大致缩回到所述可移动模具元件内的位置之间以锐角往复移动的形成气缸的模芯块，由可移动模具元件支承在第一位置和第二位置之间的模芯锁定装置，所述第一位置与位于其伸出的形成空腔位置的模芯块接合并将其锁定，所述第二位置与模芯块无接触。模芯锁定装置优选地包括模芯锁定元件和一对锁，所述模芯锁定元件具有向前的模芯接合部分，并往复于可移动模具元件内第一前向位置和第二后向位置之间，在所述第一前向位置其向前的模芯接合部分与处于伸出位置的模芯块的后部接合，在所述第二后向位置与模芯块无接触，所述一对锁由可移动模具元件支承，以相对于模芯锁定元件在第一位置和与模芯锁定元件无接合的第二位置间的移动而横向移动，所述第一位置位于模芯锁定元件和可移动模具元件内表面之间，因此将模芯块锁定在其伸出位置。
对熟悉本领域的技术人员而言，根据附图和下面更详细的描述可以显而易见地发现本发明的其他特征和优势。
附图说明
图1是安装在位于开模位置的压铸机固定和移动台板上的本发明的模具的俯视剖视图，所述剖面是通过形成气缸的模芯块的水平面；
相应于图1，图2是形成气缸的模芯块伸出它们的形成气缸位置时的图1模具的示意图；
相应于图1，图3是形成气缸的模芯块和形成空腔的滑块位于形成空腔位置时的图1和2模具的示意图；
相应于图1，图4是位于合模位置时图1-3模具的示意图；
相应于图1，图5是具有由可移动模具元件支承的铸造V型气缸体、处于开模位置的图1-4模具的示意图；
相应于图1，图6是具有从铸造V型气缸体中缩回的形成气缸的模芯块、处于开模位置的图1-5的模具的示意图；
相应于图1，图7是具有从部件接合位置缩回的形成气缸的模芯块和形成空腔的滑块、处于开模位置的图1-6的模具的示意图；
相应于图1，图8是具有被操作用以取出铸造V型气缸体的部件起模器、处于开模位置的图1-7的模具的示意图；
图9是模芯块位于缩回位置的图1-8所示模具中的可移动模具元件支承的优选模芯锁定装置的透视图(可移动模具元件周围的部件未显示)；以及
图10是模芯块位于其伸出的形成气缸位置和模芯锁定装置位于它的模芯锁定位置的图9优选模芯锁定装置的透视图。
具体实施方式
图1-8为安装在压铸机的固定台板11和移动台板12上的本发明的模具20的俯视图。
现在参照图1，本发明的模具20包括安装在固定台板11上的固定模具元件21和安装在压铸机的移动台板12上的可移动模具元件22，所述可移动模具元件22以朝向和远离固定模具元件21的方式移动。一对形成气缸的模芯块23以与可移动模具元件22接近和远离固定模具元件21的移动方向所成的锐角往复支承于可移动模具元件22内。一对液压缸24沿着可移动模具元件22的向内和向外方向驱动模芯块23，分别地，接近和远离固定模具元件21(比较图1和2)。如图所示，模芯块23以及它们的致动液压缸24封于可移动模具元件22内。可移动元件22以及位于其中的若干模芯块23由可移动台板12支承在压铸机的连杆13的和侧导轨14上。
作为本领域的公知，模具20包括若干形成空腔的滑块25，所述滑块也由可移动模具元件22支承，并在与可移动模具元件22的移动方向垂直的方向上往复移动，所述可移动模具元件的移动接近和远离固定模具元件21(比较图2和3)。如图4所示，合模时，可移动模具元件22、模芯块23以及滑块25与固定模具元件21的形成空腔部分21a协作形成内燃机V型气缸体的空腔。
同样作为本领域的公知，部件起模器26由可移动模具元件22支承，并由连接在可移动台板12和部件起模器的后部元件26a之间的液压缸(未示出)操作，所述部件起模器26滑动支承在可移动台板12和可移动模具元件22内。
本发明中模芯锁定装置30由可移动模具元件22支承，并在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置处，如图2-4所示，所述模芯锁定装置与位于伸出的形成气缸位置的模芯块23接合并将其锁定；在所述第二位置处，如图1和5-8所示，所述模芯锁定装置与模芯块23无接触。
如图1-10所示的优选的模芯块锁定装置30内，模芯锁定元件31支承在可移动模具元件22内，可由一对双作用液压缸34促动，所述液压缸34一端与支承可移动模具元件22的可移动台板12相连，另一端与模芯锁定元件31的连杆31a后端的杆33相连，所述的连杆31a由可移动台板12和可移动模具元件22滑动支承。虽然图示的实施例显示活塞元件34a与可移动台板12相接合，缸34b与杆33相接合，但模芯锁定装置30的液压缸执行机构也可以采用其它安装装置，例如，执行机构可由压铸机支承，以操纵模芯锁定装置30。
模芯锁定元件31在其最前端有一对成角度的耐磨面31b，当模芯块23位于其伸出位置以及模芯锁定元件31位于其前向的位置时，所述耐磨面31b与模芯块23后部的耐磨面23a相接合，如图2-4和10所示。此外，如图2-4和10所示，若干滑动锁32移入模芯锁定元件31背面和可移动模具元件23后部的内表面22a之间的位置内，从而当在高压下将熔融金属注入模腔时，保持模芯锁定元件31与模芯块23的接合。
如图1-8所示，可移动模芯元件22能形成支承模芯锁定装置30的内空腔22b。最好如图2所示，空腔22b具有一个开口前部，当模芯块23处于其伸出位置时，模芯块23的后端23a伸入空腔22b的开口前部，所述模芯锁定装置30以移入内空腔22b，正如上面的描述，从第二位置(如图1所示)到第一位置，所述第一位置是在其最前端的模芯接合表面31b与模芯块23的后端23a邻接之处。在所述优选实施例中，空腔22b包围模芯锁定元件31和锁32，并设置内表面22a以防止模芯块23在熔融金属注射压力下从其伸出的形成气缸的位置移出，此时，锁32向内移动到空腔22b内的模芯锁定元件31后端和内表面22a之间。
图9和10显示，随着可移动模具元件22周围形成空腔部分被移走，模芯块23、模芯锁定元件31以及滑动锁32分别处于图1和2的位置。
如图9所示，模芯块23位于其缩回位置，所述位置在可移动模具元件22之内并与任何铸造V型气缸体无接触；模芯锁定元件31位于其与模芯块23无接合的后向位置，锁32位于其与模芯锁定元件31和模芯块23无接合的向外位置。
如图10所示，模芯块23位于其伸出的、形成气缸的位置；模芯锁定元件31向前移动至接合位置，其最前端的成角度的耐磨面31b与模芯块23后部的耐磨面23a接合；滑动锁32向内移动至模芯锁定元件31和可移动模具元件22的后部内表面22a之间，以在铸造过程中将模芯块23保持在其伸出位置。后部内表面22a在图9和10中未显示，但当其要在图9和10中显示时，将位于锁32下方(见图1-8)。
如图1所示，下面对本发明的模具20操作的描述从铸件被抽出后模具20位于其打开位置开始。在此位置，通过压铸机(未示出)的操纵缸和触发机构将可移动台板12和可移动模具元件22向后移动远离固定模具元件21。通过它们的执行机构将滑块25从可移动台板12和可移动模具元件22的移动轴线向外移动。模芯锁定元件31向后移动至与模芯块23无接触的可移动模具元件22内部，模芯块23缩回到可移动模具元件22内部。
接着，模芯块23从可移动模具元件22内被伸出，通过其后表面23a与模芯锁定元件31的接合在所述伸出位置被锁定，所述模芯锁定元件31被向前移动，通过滑动锁32保持在前向位置，如图2和10所示。在这一位置上，可通过机械手将缸套放置在模芯块23上。
如图3所示，作为本领域的公知，然后通过液压缸执行机构将滑块25向内移动到可移动模具元件22上，以在可移动模具元件22上定位出形成空腔的部分，通过滑块25和固定模具元件21上的锁定表面的相互接合将滑块25锁定在其形成空腔的位置。
然后，压铸机的操纵缸和触发机构移动可移动台板12，与其相连的可移动模具元件22、模芯块23以及由可移动模具元件22支承的形成空腔的滑块25，以与固定模具元件21相接合来闭合模腔，而后将熔融金属注入闭合空腔形成铸件，如图4所示。
从模具内取出压铸件的过程中，将可移动台板12、可移动模具元件22以及由可移动模具元件22支承的模件向后移动远离固定模具元件21，当可移动台板12和可移动模具元件处于其最后位置时，将滑动锁32从与模芯锁定元件31接合处脱离，将模芯锁定元件31在可移动模具元件22内向后移动，如图5所示。
然后，将模芯块23从压铸件中抽出，并将其移动至可移动模具元件22内，如图6所示。将滑块25向外移动到可移动模具元件上以与铸件脱离接合，如图7所示。将部件起模器26从可移动模具元件22向外移动以抽出铸件，如图8所示。
除了提供更轻、更紧凑以及价格低的V型气缸体模具外，本发明的模具几乎没有机会发生模芯块和模芯锁定装置的不对齐，因为它们的对齐由单个可移动模具元件的表面决定。
尽管本发明通过目前公知的最佳实施方式被图示并描述，但是，熟悉本领域的技术人员都能认识到，在下面提出的权利要求书确定的本发明的范围内，其他方式、实施例和变化是可能的。

Claims (12)

1.一种用于形成铸造内燃机V型气缸体的模腔的模具，包括
固定模具元件，其包括安装在压铸机固定台板上的形成空腔表面；
可移动模具元件，其安装在压铸机的可移动台板上，用于移入与所述固定模具元件的形成空腔相接合，所述可移动模具元件包括形成空腔表面部分，并支承若干包含形成空腔表面的滑块，所述滑块相对于可移动台板的移动而横向移动，一对模芯块在所述可移动模具元件内以锐角在模腔内的伸出位置和大致缩回至所述可移动模具元件内部的位置之间往复移动，
所述可移动模具元件进一步支承具有前模芯接合部分的模芯锁定元件，所述模芯固定元件在前向位置和后向位置之间往复移动，在所述前向位置，所述前模芯接合部分与位于其伸出位置的模芯块的后部相接合，在所述后向位置与模芯块无接触，至少一滑动锁，由可移动模具元件支承，相对于模芯锁定元件在向内位置和向外位置之间的移动而横向移动，所述向内位置位于模芯锁定元件和可移动模具元件的内表面之间，因而将模芯块锁定在其伸出位置，所述向外位置与模芯锁定元件无接合。
2.一种用于在具有固定台板和可移动台板的压铸机内铸造内燃机V型气缸体的模具，包括
固定模具元件，其安装在压铸机的固定台板上，以及
可移动模具元件，其安装在压铸机的可移动台板上，所述可移动模具元件支承若干横向可移动的，形成空腔的滑块以及至少一对形成气缸的模芯块，所述模芯块在模腔内的伸出位置和可移动模具元件内的缩回位置之间、与可移动台板的移动成锐角地往复移动，在可移动模具元件内支承的模芯锁定装置可移动至模芯块锁定位置。
3.如权利要求2所述的模具，其特征在于，所述模芯锁定装置包括模芯锁定元件，其沿着可移动台板的移动轴线往复支承在所述可移动模具元件内，并可操作地在其最前位置与所述模芯块的后部接合，以将所述模芯块锁定在其伸出位置。
4.如权利要求3所述的模具，其特征在于，由所述可移动模具元件支承的所述模芯锁定元件用于在由所述可移动模具元件形成的空腔内往复移动，所述空腔具有开口前部，所述模芯元件的后部在其伸出位置时移入所述开口前部，所述空腔包括后表面。
5.如权利要求4所述的模具，其特征在于，由所述可移动模具元件形成的所述空腔进一步包括一对往复支承的锁定元件，其相对于模芯锁定元件在向内位置和向外位置之间的移动而横向移动，所述向内位置位于模芯锁定元件和空腔后表面之间，因而可防止模芯块在模腔内的移动，所述向外位置允许模芯锁定元件与模芯块分离，以及模芯块的缩回。
6.一种压铸装置，用于利用带有可移动台板和固定台板的压铸机铸造内燃机V型气缸体，包括
固定模具元件，其安装在压铸机的固定台板上；
可移动模具元件，其安装在压铸机的可移动台板上，所述可移动模具元件支承一对形成气缸的模芯块和独立可操纵的模芯锁定装置，所述模芯块在伸出位置和缩回位置之间与可移动台板的移动成锐角地移动，所述伸出位置用于形成V型气缸体成形模腔的形成气缸部分，所述缩回位置用于从模腔中取出气缸体，所述可移动模具元件进一步支承若干形成空腔的滑块，
合模时，所述固定模具元件、可移动模具元件、若干滑块和一对模芯块形成用于铸造内燃机V型气缸体的模腔。
7.如权利要求6所述的压铸装置，其特征在于，所述模芯锁定装置包括模芯锁定元件，其沿着可移动台板的移动轴线往复支承在所述可移动模具元件内，并可操作地在其最前位置与所述模芯块的后部接合，以将所述模芯块锁定在其伸出位置。
8.如权利要求7所述的压铸装置，其特征在于，由所述可移动模具元件支承的所述模芯锁定元件用于在由所述可移动模具元件形成的空腔内往复移动，所述空腔具有开口前部，所述模芯元件的后部在其伸出位置时移入所述开口前部，所述空腔包括后表面。
9.如权利要求8所述的压铸装置，其特征在于，由所述可移动模具元件形成的所述空腔进一步包括至少一个往复支承的锁定元件，其相对于模芯锁定元件在第一位置和第二位置之间的移动而横向移动，所述第一位置位于模芯锁定元件和空腔后表面之间，因而可防止模芯块在模腔内的移动，所述第二位置允许模芯锁定元件与模芯块分离，以及模芯块的缩回。
10.如权利要求7所述的压铸装置，其特征在于，所述可移动台板支承至少一个执行机构，独立可操纵的模芯锁定装置包括延伸通过可移动模具元件和与至少一个执行机构相连的可移动台板的连杆，并在可移动模具元件内通过执行机构往复移动。
11.如权利要求10所述的压铸装置，其特征在于，所述至少一个执行机构包括两个液压缸，其一端与可移动台板相连，另一端与杆相连，所述杆驱动一对连杆延伸通过可移动台板和可移动模具元件以与模芯锁定元件相接合。
12.如权利要求7所述的压铸装置，其特征在于，用于模芯锁定元件的至少一个执行机构由压铸机支承，并与连杆相连，所述连杆与模芯锁定元件相接合。
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