CN203936361U - 双金属缸套的模具结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于发动机模具领域，特别是公开了一种双金属缸套的模具结构；包括模具本体、上压模、内芯和下顶出模，模具本体、上压模和下顶出模均为中空结构，上压模设置在所述模具本体的上方，内芯和下顶出模均设置在所述模具本体内部且所述内芯位于所述下顶出模的上方，模具本体、内芯和下顶出模之间形成模腔，下顶出模和上压模的内孔直径与内芯外径相对应，下顶出模和上压模的外径与模腔相对应且下顶出模和上压模均可沿模腔作上下运动，内芯内部设置有内感应圈，模具本体外部设置有外感应圈；本实用新型提供一种使发动机缸套抗热烧蚀性良好，隔热效果良好，耐磨性高，使用寿命长的双金属缸套的模具结构及其制作工艺。

Description

双金属缸套的模具结构

技术领域

本实用新型涉及一种发动机用缸套的生产模具，特别是涉及一种双金属缸套的模具结构。

背景技术

目前汽柴油发动机缸套均采用合金钢或球墨铸铁材料，存在重量重，尤其对大功率发动机，抗热烧蚀性差，隔热效果差，热变形大，耐磨性差，使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型为解决了上述问题，提供一种使发动机缸套抗热烧蚀性良好，隔热效果良好，耐磨性高，使用寿命长的双金属缸套的模具结构及其制作工艺。

本实用新型的一种双金属缸套的模具结构，包括模具本体、上压模、内芯和下顶出模，所述模具本体、上压模和下顶出模均为中空结构，所述上压模设置在所述模具本体的上方，所述内芯和下顶出模均设置在所述模具本体内部且所述内芯位于所述下顶出模的上方，所述模具本体、内芯和下顶出模之间形成模腔，所述下顶出模和上压模的内孔直径与内芯外径相对应，所述下顶出模和上压模的外径与模腔相对应且下顶出模和上压模均可沿模腔作上下运动，所述内芯内部设置有内感应圈，所述模具本体外部设置有外感应圈。

所述模具本体设置在油压机台面上。

本实用新型的双金属缸套的模具结构的制作工艺，按照如下步骤完成：

一、先将超强硬铝合金管放入模腔中；

二、再将熔化了的高硅铝合金液浇注到模腔中，浇注的同时内感应圈和外感应圈共同工作，所述内感应圈用于熔化超强硬铝合金管，所述外感应圈用于保持高硅铝合金液的热压温度，所述超强硬铝合金管在感应快速加热和高硅铝合金液的温度共同作用下，迅速熔化，上压模开始给熔融状态的液体加压、保压，保压时，所述内感应圈和外感应圈同时断电停止工作，并通过冷却循环水对工件和模具本体同时冷却； 

三、工件冷却凝固成形后，上压模抬起，下顶出模上行将工件顶出模具本体外，形成外圈由高硅铝合金、内孔由超强硬铝合金构成的双金属缸套毛坯。

上述步骤三完成后对双金属缸套毛坯进行机械加工，内孔超强硬铝合金层保留0.2~0.3mm，再对内孔进行晶瓷化处理制成成品。

所述晶瓷化处理工艺为：

①用金属清洗剂清洗工件，去掉油污；

②清洗好的工件安装电极后放入晶瓷化液中，在工件上加上阴极电极，阴极电极由石墨制造，呈圆柱筒状结构，径向四周均匀分布多个过液孔，底部均匀分布多个过液孔，阴极电极外径略小于工件内孔直径，阴极电极置于工件内孔中，晶瓷化液从阴极电极过液孔内循环流动；

③晶瓷化液工作温度为25℃~40℃；

④电源电压为36V 、电流为80A、交变频率为1000Hz；

⑤电极接通工作30分钟后取出，烘干；

⑥抛光工件内孔。

上述晶瓷化液配方按照如下重量配比：EDTA  6%、SPBS  3%、Na₂SiO₃  10%、V₄O₅  2%、MoS₂  2%、NbO₂  2%、TiO₃  4%，其余为水。

所述晶瓷化液的使用量为每公斤工件为1.8-2.2公斤晶瓷化液。

与现有技术相比本实用新型的有益效果：

1．大功率大尺寸发动机缸套由黑色金属改为铝合金晶瓷缸套重量比钢制缸套减轻1/2。

2．晶瓷缸套内孔表层硬度可达HV1200，深度可达0.15mm，经过试验，其耐磨度是钢制缸套3倍，发动机缸套寿命延长3倍，由于晶瓷化工艺处理温度全部在40℃以下，因此加工后的薄壁缸套在晶瓷化处理时几乎无任何变形，尺寸可控制精度在0.002mm以内。

3．发动机在工作时，缸套要承受1000多度的瞬间高温，而汽柴油中有氧化物会对发动机缸套内孔壁产生很强的热腐蚀作用，很大程度降低了发动机缸套的使用寿命，钢制缸套导热系数大，热量损失多，导致发动机效率降低，并增加了冷却系统的能耗。由于晶瓷缸套内孔壁形成的是晶瓷层，其导热系数低于黑色金属，其绝热效果良好，更有效地利用发动机燃烧热能增大发动机功率和燃料有效利用，降低了能耗。经试验对比可使发动机油耗降低9%~12%，又由于晶瓷缸套内孔壁摩擦系数低于钢制缸套（摩擦系数小于0.1），在晶瓷化过程中可专门形成很均匀微型孔具有良好的储存润滑油的作用，很好地改善了活塞环与缸套壁的摩擦，可避免缸套及活塞环的磨损和拉缸，同时也起到增大发动机功率和降低油耗的作用，晶瓷缸套的晶瓷表层具有很强的耐高温和抗热腐蚀性，其长期耐高温可达1200℃，腐蚀性标准盐雾试验可达1200小时（钢制缸套仅能达到150小时以下），因此晶瓷缸套使发动机缸套屏命有非常大的提高。

4．晶瓷缸套由于采用了金属结构，基体高硅铝合金具有较高的强度和良好的热冲击稳定性，热膨胀系数小，确保了缸套内孔与活塞之间可采用较小间隙，可增加发动机功率并降低油耗，而其内孔表层为超强硬铝合金材料，晶瓷化性能良好，晶瓷化过程中，很大程度降低了电能消耗，晶瓷化后的硬度，粗糙度，微孔化性能指标，均比其它种类的铝合金高，因此可降低生产成本。

5．由于晶瓷缸套内孔壁晶瓷层是由铝合金基体内生产，因此其在高频率热冲击和活塞环高速交变摩擦应力作用下，不会产生剥落掉块现象，避免了拉缸延长发动机使用寿命（缸套内孔镀硬铬，喷涂陶瓷，石墨等工艺方法易产生剥离、掉块、拉缸现象）。

6．本实用新型所使用的晶瓷化液中不含任何重金属排放物和有害有毒物质，溶液反复利用，使用能源为电能，因此其十分环保。

7．由于采用熔融热压液锻工艺，成型的双金属铝合金熔为一体，在高压力成型后，其密度大，强度高，缸套内孔的超强硬铝合金，晶瓷化性能好、硬度、强度高、耗能小，成本低。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型一种双金属缸套的模具结构示意图。

图2是本实用新型实施例中的阴极电极的结构示意图。

图中，1为上压模，2为内芯，3为模腔，4为外感应圈，5为内感应圈，6为下顶出模，7为高硅铝合金液，8为超强硬铝合金管，9为油压机台面，10为模具本体，11为阴极电极，12为螺钉，13为阴极电极线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，一种双金属缸套的模具结构，包括模具本体10、上压模1、内芯2和下顶出模6，模具本体10设置在油压机台面9上，模具本体10、上压模1和下顶出模6均为中空结构，上压模1设置在模具本体10的上方，内芯2和下顶出模6均设置在模具本体10内部且内芯2位于下顶出模6的上方，模具本体10、内芯2和下顶出模6之间形成模腔3，下顶出模6和上压模1的内孔直径与内芯2外径相对应，下顶出模6和上压模1的外径与模腔3相对应且下顶出模6和上压模1均可沿模腔3作上下运动，内芯2内部设置有内感应圈5，模具本体10外部设置有外感应圈4。

一种双金属缸套的模具结构的制作工艺，按照如下步骤完成：

一、先将超强硬铝合金管8放入模腔3中；

二、再将熔化了的高硅铝合金液7浇注到模腔3中，浇注的同时内感应圈5和外感应圈4共同工作，内感应圈5用于熔化超强硬铝合金管8，外感应圈4用于保持高硅铝合金液7的热压温度，超强硬铝合金管8在感应快速加热和高硅铝合金液7的温度共同作用下，迅速熔化，上压模1开始给熔融状态的液体加压、保压，保压时，内感应圈5和外感应圈4同时断电停止工作，并通过冷却循环水对工件和模具本体10同时冷却； 

三、工件冷却凝固成形后，上压模1抬起，下顶出模6上行将工件顶出模具本体10外，形成外圈由高硅铝合金、内孔由超强硬铝合金构成的双金属缸套毛坯。

本实施例中超强硬铝合金管8采用的是现有技术中LY12型号的超强硬铝合金管，或6061、7A04、LC4CS等型号。

本实施例中高硅铝合金液7的配方是通过将ADC12合金压铸铝融化后加入7-8%硅粉，充分搅拌均匀得到。

上述步骤三完成后对双金属缸套毛坯进行镗削内孔加工，内孔超强硬铝合金层保留0.2~0.3mm，再对内孔进行晶瓷化处理制成成品。

晶瓷化处理工艺为：

①用金属清洗剂清洗工件，去掉油污；

②清洗好的工件安装电极后放入晶瓷化液中，在工件上加上阴极电极11，如图2所示，阴极电极11由石墨制造，呈圆柱筒状结构，径向四周均匀分布多个过液孔，底部均匀分布多个过液孔，阴极电极3外径略小于工件内孔直径，阴极电极11置于工件内孔中，晶瓷化液从阴极电极过液孔内循环流动；

③晶瓷化液工作温度为25℃~40℃；

④阴极电极11通过螺钉12固定阴极电极线13，阴极电极线13用于连接电源，电源电压为36V 、电流为80A、交变频率为1000HZ；

⑤电极接通工作30分钟后取出，烘干；

⑥抛光工件内孔。

上述晶瓷化液配方按照如下重量配比：EDTA  6%、SPBS  3%、Na₂SiO₃  10%、V₄O₅  2%、MoS₂  2%、NbO₂  2%、TiO₃  4%，其余为水。

所述晶瓷化液的使用量为，每公斤工件为1.8-2.2公斤晶瓷化液。

与现有技术相比本实用新型的有益效果。

1．大功率大尺寸发动机缸套由黑色金属改为铝合金晶瓷缸套重量比钢制缸套减轻1/2。

2．晶瓷缸套内孔表层硬度可达HV1200，深度可达0.15mm，经过试验，其耐磨度是钢制缸套3倍，发动机缸套寿命延长3倍，由于晶瓷化工艺处理温度全部在40℃以下，因此加工后的薄壁缸套在晶瓷化处理时几乎无任何变形，尺寸可控制精度在0.002mm以内。

3．发动机在工作时，缸套要承受1000多度的瞬间高温，而汽柴油中有氧化物会对发动机缸套内孔壁产生很强的热腐蚀作用，很大程度降低了发动机缸套的使用寿命，钢制缸套导热系数大，热量损失多，导致发动机效率降低，并增加了冷却系统的能耗。由于晶瓷缸套内孔壁形成的是晶瓷层，其导热系数低于黑色金属，其绝热效果良好，更有效地利用发动机燃烧热能增大发动机功率和燃料有效利用，降低了能耗。经试验对比可使发动机油耗降低9%~12%，又由于晶瓷缸套内孔壁摩擦系数低于钢制缸套（摩擦系数小于0.1），在晶瓷化过程中可专门形成很均匀微型孔具有良好的储存润滑油的作用，很好地改善了活塞环与缸套壁的摩擦，可避免缸套及活塞环的磨损和拉缸，同时也起到增大发动机功率和降低油耗的作用。晶瓷缸套的晶瓷表层具有很强的耐高温和抗热腐蚀性，其长期耐高温可达1200℃，腐蚀性标准盐雾试验可达1200小时（钢制缸套仅能达到150小时以下），因此晶瓷缸套使发动机缸套屏命有非常大的提高。

4．晶瓷缸套由于采用了金属结构，基体高硅铝合金具有较高的强度和良好的热冲击稳定性，热膨胀系数小，确保了缸套内孔与活塞之间可采用较小间隙，可增加发动机功率并降低油耗，而其内孔表层为超强硬铝合金材料，晶瓷化性能良好，晶瓷化过程中，很大程度降低了电能消耗，晶瓷化后的硬度，粗糙度，微孔化性能指标，均比其它种类的铝合金高，因此可降低生产成本。

5．由于晶瓷缸套内孔壁晶瓷层是由铝合金基体内生产，因此其在高频率热冲击和活塞环高速交变摩擦应力作用下，不会产生剥落掉块现象，避免了拉缸延长发动机使用寿命（缸套内孔镀硬铬，喷涂陶瓷，石墨等工艺方法易产生剥离、掉块、拉缸现象）。

6．本实用新型所使用的晶瓷化液中不含任何重金属排放物和有害有毒物质，溶液反复利用，使用能源为电能，因此其十分环保。

7．由于采用熔融热压液锻工艺，成型的双金属铝合金熔为一体，在高压力成型后，其密度大，强度高，缸套内孔的超强硬铝合金，晶瓷化性能好、硬度、强度高、耗能小，成本低。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种双金属缸套的模具结构，其特征在于：包括模具本体（10）、上压模（1）、内芯（2）和下顶出模（6），所述模具本体（10）、上压模（1）和下顶出模（6）均为中空结构，所述上压模（1）设置在所述模具本体（10）的上方，所述内芯（2）和下顶出模（6）均设置在所述模具本体（10）内部且所述内芯（2）位于所述下顶出模（6）的上方，所述模具本体（10）、内芯（2）和下顶出模（6）之间形成模腔（3），所述下顶出模（6）和上压模（1）的内孔直径与内芯（2）外径相对应，所述下顶出模（6）和上压模（1）的外径与模腔（3）相对应且下顶出模（6）和上压模（1）均可沿模腔（3）作上下运动，所述内芯（2）内部设置有内感应圈（5），所述模具本体（10）外部设置有外感应圈（4）。

2.如权利要求1所述的双金属缸套的模具结构，其特征在于：所述模具本体（10）设置在油压机台面（9）上。