一種高氣壓鑄造頭部預制件增強活塞模具的制作方法

本發明屬于活塞鑄造模具設備領域，涉及一種高氣壓鑄造頭部預制件增強活塞模具。

背景技術：

隨著社會的不斷發展，人們對汽車尾氣的排放要求越來越高，各大汽車公司、發動機廠為了能夠使生產出來的產品達到排放要求，從設計上不斷提高發動機的爆發壓力和升功率，普通鋁活塞的強度已經達到材料極限，已越來越不能滿足日益發展的設計要求，我們必須考慮在鋁活塞的基礎上對強度要求較高的活塞頭部燃燒室部位進行增強，這種活塞必然是未來汽車發動機活塞的發展方向，這種預制件燃燒室增強活塞是在壓力作用下把高溫液態鋁液擠入到預制件中形成的，由于成本較高、制作難度較大，目前這種活塞還非常少見，最常用的生產方式是擠壓鑄造，且生產效率低，出品率低，生產難度很大。

現有技術主要缺點如下：

1、模具復雜，制造費用昂貴：這種擠壓鑄造方式是在壓力作用下凝固成型，沒有補縮冒口，壓力較高，模具型腔壓力高，模具制造成本高；

2、現有技術生產效率低下：很多動作都是操作者手工完成的，日產量低；

3、模具壽命較低，因擠壓鑄造壓力較高，一些和鋁液直接接觸的模具部件的使用壽命只有5000件，模具壽命約短；

4、單位產量人工成本較高：現有技術需3人配合才能操作1臺設備；

5、后續機加工成本較高：現有技術很多結構鑄造不出來，如活塞銷孔、活塞止口等都是通過后續機械加工實現的。

技術實現要素：

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種工作效率高、使用壽命長的高氣壓鑄造頭部預制件增強活塞模具。該模具是以高壓壓縮空氣為加壓介質的高氣壓活塞鑄造模具，這種模具能夠實現預制件燃燒室增強活塞的生產，具有結構簡單輕便，易于操作，能夠實現預制件準確定位，生產效率高等優點。

本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明的高氣壓鑄造頭部預制件增強活塞模具，其特征在于：包括相互配合的外模、內芯、頂模、止口圈及銷芯；外模由左右兩半對稱組合而成，左右兩半能夠開合；頂模能夠從外模上端與外模對合；內芯能夠從外模下端向上伸入外模內部；銷芯包括左右兩個，安裝在左右兩個外模上；止口圈與外模連接。

外模包括相互連接的外模下塊、外模滑塊和滑塊連接塊，外模滑塊通過外模下塊上的滑槽滑動安裝在外模下塊上，左右兩個外模滑塊能夠實現開合運動，外模滑塊與滑塊連接塊固定連接，銷芯通過螺釘固定在外模下塊上。

頂模包括相互連接的頂模下塊、保溫冒口套和冒口套壓蓋，頂模下塊能夠與外模接觸，頂模下塊上固定安裝保溫冒口套，冒口套壓蓋安裝在保溫冒口套外側，冒口套壓蓋上設有高壓空氣進口。

止口圈固定在鑄造機工作臺上；內芯連接油缸實現上下運動，移動到和止口圈的配合位置；外模的外模滑塊連接油缸實現開合運動，頂模連接油缸實現上下運動。

外模滑塊上設有預制件定位臺，預制件放置在預制件定位臺上。

預制件的材料采用氧化鋁纖維或硼酸鋁晶須；保溫冒口套的制作材料為TC4或QTANi30Si5Cr5。

外模滑塊和頂模下塊配合處設有0.2mm的排氣縫。

外模上設有鑲環定位凸臺，外模滑塊上設有壓鑲環凸臺，能夠實現鑲環精確定位。

外模上設有防護凸臺；外模上設計有用于通入冷卻水的澆道串水冷卻通道。

頂模下塊上設有機械鎖模裝置，頂模下行后和外模滑塊上的鎖模斜面配合實現機械鎖模。

本發明的有益效果是：

采用該高氣壓鑄造活塞頭部預制件增強活塞模具，因氣壓壓力只有5MPa～15MPa，相當于普通擠壓鑄造壓力的1/10，模具結構簡單，動作靈活，模具造價成本只用擠壓鑄造的1/3，生產效率較高，能夠提高生產效率1倍以上。

采用該模具，因鑲環定位采用下有定位凸臺上有壓鑲環凸臺的方式，能夠精確保證鑲環位置，減少因鑲環位置變動引起的鑄造廢品。

采用該模具，因預制件附近設有排氣縫和排氣槽結構，預制件在壓力作用下進鋁情況良好，在顯微鏡下觀察微觀組織，沒有發現顯微縮松存在，活塞燃燒室預制件增強部位的高溫抗拉強度（350℃）能夠達到200MPa以上，是鋁基體部位強度的2倍以上，增強效果非常明顯。

采用該模具，預制件采用外模滑塊上的定位臺定位，預制件定位準確無誤，且操作方便快捷。

經試驗，采用上述結構模具及高氣壓鑄造的鑄造方式生產出來的預制件燃燒室增強活塞，能夠滿足目前發動機高爆壓、高升功率的設計需求，目前已通過發動機試驗。

附圖說明

附圖為本發明的結構示意圖。

圖1是本發明的剖面結構圖；圖2是本發明的左視剖面圖；圖3是本發明的外模結構圖；圖4是本發明的外模俯視圖；圖5是本發明的頂模剖面結構圖。

其中，1外模，2內芯，3頂模，4止口圈，5銷芯，6外模下塊，7外模滑塊，8滑塊連接塊，9下導向定位槽，10側導向定位槽，11鑲環定位凸臺，12壓鑲環凸臺，13鎖模斜面，14頂模下塊，15冒口套壓蓋，16保溫冒口套，17機械鎖模裝置，18排氣槽，19高壓空氣進口，20預制件定位臺，21澆口杯，22鹽芯，23鑲環，24預制件，25防護凸臺，26排氣縫，27澆道串水冷卻通道。

具體實施方式

附圖為本發明的一種具體實施例。

本發明的高氣壓鑄造頭部預制件增強活塞模具，包括相互配合的外模1、內芯2、頂模3、止口圈4及銷芯5；外模由左右兩半對稱組合而成，左右兩半能夠開合；頂模能夠從外模上端與外模對合；內芯能夠從外模下端向上伸入外模內部；銷芯包括左右兩個，安裝在左右兩個外模上；止口圈與外模連接。

外模1包括相互連接的外模下塊6、外模滑塊7和滑塊連接塊8，外模滑塊通過外模下塊上的滑槽滑動安裝在外模下塊上，左右兩個外模滑塊能夠實現開合運動，外模滑塊與滑塊連接塊固定連接，銷芯5通過螺釘固定在外模下塊6上。

頂模3包括相互連接的頂模下塊14、保溫冒口套16和冒口套壓蓋15，頂模下塊能夠與外模接觸，頂模下塊上固定安裝保溫冒口套，冒口套壓蓋安裝在保溫冒口套外側，冒口套壓蓋上設有高壓空氣進口。

止口圈4通過螺栓固定在鑄造機工作臺上；內芯2連接油缸實現上下運動，移動到和止口圈的配合位置；外模的外模滑塊連接油缸實現開合運動，頂模連接油缸實現上下運動。

外模滑塊7通過外模下塊6上的下導向定位槽9和側導向定位槽10連接后可以實現在外模下塊上滑動。外模1可以在鑄造機工作滑臺上開合運動，頂模3在油缸的帶動下可以實現上下運動。

一種高氣壓為介質的壓力鑄造方式，工作時，高壓壓縮空氣在高壓空氣進口19進入，壓縮空氣的壓力范圍在5MPa～15MPa；

所述外模1上設有外模滑塊結構，外模滑塊7可以實現在外模下塊6上左右滑動，外模滑塊上設有預制件定位臺20，預制件放置在預制件定位臺上，能夠精確固定預制件24的位置；

所述預制件24的材料可以是氧化鋁纖維和硼酸鋁晶須等多種陶瓷材料；

所述模具在外模滑塊7和頂模下塊14配合處設有0.2mm的排氣縫26，便于預制件24在加壓充鋁的過程中排除預制件內的空氣；

所述模具外模上設有鑲環定位凸臺11，所述模具外模滑塊7上設有壓鑲環凸臺12，能夠實現鑲環23精確定位，防止鑲環漂移；

所述模具外模上設有防護凸臺25，防止鋁液加壓后意外噴濺造成傷人事故；

所述模具外模上設計有澆道串水冷卻通道27，鋁液澆注后，在澆道串水冷卻通道27中通入冷卻水冷卻，使澆道部分能夠快速凝固，防止加壓后鋁液從澆口杯噴濺造成傷人事故；

所述模具保溫冒口套16的制作材料為TC4或QTANi30Si5Cr5，這兩種材料具有較高的強度，能夠在壓力作用下不損壞，切具有較低的傳熱系數（傳熱系數只有普通模具鋼的1/5），能夠起到保溫冒口套的作用；

所述模具頂模下塊14上設有機械鎖模裝置17，頂模下行后和外模滑塊7上的鎖模斜面13配合實現機械鎖模，防止模具在加壓過程中外模滑塊7被推開。

本發明的高氣壓鑄造頭部預制件增強活塞模具，其工作過程為：

1、內芯2通過油缸由下往上運動，移動到和止口圈的配合位置；.

2、將烘烤好的鹽芯22固定在內芯2的鹽芯定位平臺上；

3、外模滑塊7通過下導向定位槽9和側導向定位槽10鏈接在外模下塊6上，滑塊連接塊8通過螺釘固定在外模滑塊7上，在油缸的作用下，外模滑塊7能夠在外模下塊6上滑動，外模滑塊7初始位置處于分開狀態；

4、在外模油缸的作用下，推動外模1在鑄造機工作臺上滑動，使外模1處于合模狀態；

5、把處理好的鑲環23固定在鑲環定位凸臺11上；

6、在油缸的作用下，推動外模滑塊7，使外模滑塊7處于合模狀態，同時壓鑲環凸臺12和鑲環23的上平面接觸，起到給鑲環23的上下定位作用；

7、將烘烤好的預制件24固定在預制件定位臺20上；

8、頂模3在油缸的作用下向下運動并達到合模狀態，此時，頂模3上的機械鎖模裝置17和外模滑塊7上的鎖模斜面13配合接觸起到鎖模作用；

9、在澆口杯21處澆入高溫鋁液，鋁液充滿整個密閉型腔；

10、澆道串水冷卻通道27內通入冷卻水進行冷卻；

11、在模具型腔澆入高溫鋁液10-15秒后，在高壓空氣進口19通入壓力為5MPa～15MPa的高壓氣體；

12、高溫鋁液在壓力的作用下快速沖入預制件24內，同時預制件24內原有的空氣通過排氣縫26和排氣槽18排出；

13、持續一定的加壓時間，高壓氣體在高壓空氣進口19排出，待活塞鑄件凝固完成，開模，并用機械手去下活塞毛坯；

進入下一個工作循環……。