活塞浇铸设备及其外模和冷却方法与流程

本发明涉及浇铸设备领域，特别是涉及一种活塞浇铸设备及其外模。此外，本发明还涉及一种上述活塞浇铸设备的冷却方法。

背景技术：

金属活塞广泛应用于多种领域，活塞毛坯外形为圆柱形，头部壁厚，裙部壁薄，具有壁厚不均的特点，一般通过活塞浇铸设备浇铸出活塞毛坯，然后活塞毛坯再通过机械加工等工序，加工出活塞成品。

一般活塞浇铸设备包括外模、内模、模盖、导向套等部件。各部件组合产生用于成型活塞毛坯的模具型腔，在外模上设置了一个浇道，合金溶液通过浇道进入模具型腔，然后凝固形成活塞毛坯。其中外模与活塞毛坯的接触面积最大，是活塞毛坯由液态变为固态的最大传热部件，也是整个模具上决定活塞毛坯凝固质量的最重要的部件。

外模的温度分布决定外模的对活塞毛坯的传热效果，外模的温度分布均匀，则对活塞毛坯的传热降温就均匀。活塞毛坯被传热降温均匀，则活塞金相组织均匀、致密、细化，活塞的材料性能更好更一致。

现有模具外模上只有两条直型水道，当水道中通过冷却水给外模降温时，由于直型水道并不是围绕模具型腔圆周布置的，故不能让外模的温度围绕模具型腔圆周分布均匀，从而使得外模中的活塞毛坯四周不能均匀冷却，接近水道的毛坯部位冷却快，远离水道的毛坯部位冷却慢，造成活塞四周凝固不均匀，使得毛坯金相组织不均匀，活塞性能不稳定。

并且由于金属从外模浇道流入，会使得外模浇道周围位置的温度最高，但外模浇道的位置又离冷却水道最远，从而使得模具浇道周围的温度最高，此处对应的活塞毛坯凝固也最慢，是最后凝固区域，会产生铸造热节，从而产生活塞裙部缩松缺陷。因此，现有技术不能满足外模对毛坯的均匀散热需求，也不能解决浇道周围温度过高的缺陷，不能消除铸造热节。

因此，如何在结构不均匀的活塞浇铸设备的外模上，实现活塞毛坯四周均匀快速冷却，是目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种活塞浇铸设备及其外模，在圆柱型腔的两侧设置弯折水道，弯折水道的两端向内弯折并靠近圆柱型腔，实现活塞毛坯四周均匀快速冷却。本发明的另一目的是提供一种上述活塞浇铸设备的冷却方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种活塞浇铸设备的外模，包括模具本体，所述模具本体内部设置有用于活塞外部成型的竖直的圆柱型腔和连通所述圆柱型腔的浇道，所述模具本体内部对称设置有围绕所述圆柱型腔的两个弯折水道，所述弯折水道的中部平行于所述圆柱型腔的直径，所述弯折水道的两端向内弯折并靠近所述圆柱型腔。

优选地，所述弯折水道包括中部水道、前端水道和后端水道；所述中部水道平行于所述圆柱型腔的直径，且所述中部水道的一端位于所述模具本体内部，另一端的开口位于所述模具本体的后面；

所述前端水道水平设置并与所述中部水道交叉，所述前端水道的一端位于所述模具本体内部，另一端开口位于所述模具本体的侧面，所述前端水道的中部连通所述中部水道位于所述模具本体内部的一端；

所述后端水道水平设置并与所述中部水道交叉，所述后端水道的一端位于所述模具本体内部，另一端开口位于所述模具本体的侧面，所述后端水道的中部连通所述中部水道的中部；

所述中部水道、所述前端水道和所述后端水道位于所述模具表面的开口处均设置有堵头。

优选地，还包括进水道和出水道，所述进水道水平设置并垂直于所述中部水道，所述进水道的一端连通所述前端水道位于所述模具本体内部的一端，另一端开口位于所述模具本体的侧面并连通外界；

所述出水道平行于所述中部水道，所述出水道的一端连通所述后端水道位于所述模具本体内部的一端，另一端开口位于所述模具本体的后面并连通外界。

优选地，所述前端水道和所述后端水道表面开口端的距离小于内部端的距离。

优选地，包括多组成对设置的所述弯折水道，多组所述弯折水道沿竖直方向依次设置。

优选地，所述模具本体内部对称设置有位于所述浇道两侧的两个u型水道，所述u型水道的中部竖直设置，位于所述浇道的侧面并靠近所述浇道，所述u型水道的两端向所述模具本体的前面弯折并连通外界。

优选地，所述u型水道包括竖直水道、上端水道和下端水道；所述竖直水道位于所述浇道的侧面并靠近所述浇道，所述竖直水道的下端位于所述模具本体内部，上端的开口位于所述模具本体的上面并设置有堵头；

所述上端水道水平设置并与所述竖直水道交叉，所述上端水道的一端连通所述竖直水道的中部，另一端开口位于所述模具本体的前面并连通外界；

所述下端水道水平设置并与所述竖直水道交叉，所述下端水道的一端连通所述竖直水道的下端，另一端开口位于所述模具本体的前面并连通外界。

优选地，所述模具本体包括左右对称设置的两个半模，两个所述弯折水道分别设置于两个所述半模内，两个所述u型水道分别设置于两个所述半模内。

本发明还提供一种活塞浇铸设备，包括外模和内模，所述外模具体为上述任意一项所述的外模。

本发明还提供一种活塞浇铸设备的冷却方法，包括步骤：

浇铸完成后再经过第一预设时长后向浇道两侧的u型水道内通入冷却水；

所述u型水道通入第二预设时长的冷却水后立即向圆柱型腔两侧的弯折水道(2)内通入冷却水；

所述弯折水道通入第三预设时长的冷却水，使所述外模降温至需求范围。

本发明提供一种活塞浇铸设备的外模，包括模具本体，模具本体内部设置有用于活塞外部成型的竖直的圆柱型腔和连通圆柱型腔的浇道，模具本体内部对称设置有围绕圆柱型腔的两个弯折水道，弯折水道的中部平行于圆柱型腔的直径，弯折水道的两端向内弯折并靠近圆柱型腔。

由于弯折水道的结构，弯折水道距活塞毛坯的距离基本一致，使得活塞毛坯四周均匀冷却，确保活塞组织均匀，性能稳定一致。弯折水道可以使得圆柱型腔的周围均匀冷却，使得整个外模的温度分布变得均匀。同时，弯折水道比直线水道的总长度更长，则传热降温速度更快，更快的传热降温可以细化活塞金相组织，使其材料性能更好。在活塞毛坯凝固的后期，外模不通水，则外模又会适当升温，目的是避免外模温度过低，以免造成下一个活塞毛坯出现浇铸冷隔等缺陷。

本发明还提供一种包括上述外模的活塞浇铸设备及其冷却方法，由于上述外模具有上述技术效果，上述活塞浇铸设备及其冷却方法也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。

附图说明

图1为本发明所提供的外模的一种具体实施方式的俯视剖面图；

图2为本发明所提供的外模的一种具体实施方式的侧视示意图；

图3为本发明所提供的外模的一种具体实施方式中u型水道的局部剖面图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种活塞浇铸设备及其外模，在圆柱型腔的两侧设置弯折水道，弯折水道的两端向内弯折并靠近圆柱型腔，实现活塞毛坯四周均匀快速冷却。本发明的另一核心是提供一种上述活塞浇铸设备的冷却方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的外模的一种具体实施方式的俯视剖面图；图2为本发明所提供的外模的一种具体实施方式的侧视示意图；图3为本发明所提供的外模的一种具体实施方式中u型水道的局部剖面图。

本发明具体实施提供的一种活塞浇铸设备的外模，包括模具本体1，模具本体1内部设置有用于活塞毛坯外部成型的竖直的圆柱型腔11和连通圆柱型腔11的浇道12，模具本体1内部对称设置有围绕圆柱型腔11的两个弯折水道2，弯折水道2的中部平行于圆柱型腔11的直径，弯折水道2的两端向内弯折并靠近圆柱型腔11。

由于弯折水道2的结构，弯折水道2的两端向内弯折并靠近圆柱型腔11，弯折水道2距活塞毛坯的距离基本一致，两个弯折水道2围绕圆柱型腔11，而不是传统的直线水道的夹持圆柱型腔11，使得活塞毛坯四周均匀冷却，确保活塞组织均匀，性能稳定一致。弯折水道2可以使得圆柱型腔11的周围均匀冷却，使得整个外模的温度分布变得均匀。同时，弯折水道2比直线水道的总长度更长，则传热降温速度更快，更快的传热降温可以细化活塞金相组织，使其材料性能更好。在活塞毛坯凝固的后期，外模不通水，则外模又会适当升温，目的是避免外模温度过低，以免造成下一个活塞毛坯出现浇铸冷隔等缺陷。

具体地，弯折水道2包括中部水道21、前端水道22和后端水道23。定义模具本体1靠近内部浇道12的一面为前面，靠近内部圆柱型腔11的一面为后面，前面和后面之间的两面为侧面，中部水道21水平设置，平行于圆柱型腔11的直径，且中部水道21的一端位于模具本体1内部，另一端的开口位于模具本体1的后面，即加工过程中由模具本体1的后面沿平行于圆柱型腔11直径向前面钻孔，钻孔的开口位于后面，钻孔的终点位于模具本体1内部，一端开口，一端封闭。

前端水道22水平设置并与中部水道21交叉，即前端水道22与中部水道21位于同一水平面内，前端水道22的一端位于模具本体1内部，另一端开口位于模具本体1的侧面，前端水道22的中部连通中部水道21位于模具本体1内部的一端，即加工过程中由模具本体1的侧面向内部钻孔，钻孔的开口位于侧面，开口的终点位于模具本体1内部，同时钻孔的过程中经过中部水道21与中部水道连通。

后端水道23水平设置并与中部水道21交叉，即后端水道23与中部水道21位于同一水平面内，后端水道23的一端位于模具本体1内部，另一端开口位于模具本体1的侧面，后端水道23的中部连通中部水道21的中部，即加工过程中由模具本体1的侧面向内部钻孔，钻孔的开口位于侧面，开口的终点位于模具本体1内部，同时钻孔的过程中经过中部水道21与中部水道连通，前端水道22的开口在后端水道23的前面。在中部水道21、前端水道22和后端水道23位于模具表面的开口处均设置有堵头4，使三者形成依次相连的弯折水道1。

为了实现冷却水的进出，还包括进水道24和出水道25，进水道24水平设置并垂直于中部水道21，即进水道24与中部水道21位于同一水平面内，进水道24的一端连通前端水道22位于模具本体1内部的一端，另一端开口位于模具本体1的侧面并连通外界，加工过程中，由模具本体1的侧面向内部钻孔，直至钻到前端水道22的封闭端，并连通前端水道22。

出水道25平行于中部水道21，即出水道25与中部水道21位于同一水平面内，出水道25的一端连通后端水道23位于模具本体1内部的一端，另一端开口位于模具本体1的后面并连通外界，加工过程中，由模具本体1的后面向内部钻孔，直至钻到后端水道23的封闭端，并连通后端水道23。冷却过程中，冷却水由进水道24进入，依次流经前端水道22、中部水道21和后端水道23，最终由出水道25流出，完成冷却。

其中，前端水道22和后端水道23表面开口端的距离小于内部端的距离，即中部水道21、前端水道22和后端水道23的内侧轮廓为一个梯形，前端水道22和后端水道23之间的中部水道21部分为梯形的短边，前端水道22和后端水道23位于模具本体1内部的封闭端的连线为梯形的长边，前端水道22和后端水道23为梯形的两腰。对称设置的两个弯折水道2的轮廓近似为一个正六边形。也可根据情况调整水道的布置方式及形状结构等，均在本发明的保护范围之内。

为了提高冷却效果，还可设置多组成对的弯折水道2，多组弯折水道2沿竖直方向依次设置。

在上述各具体实施方式提供的外模的基础上，模具本体1内部对称设置有位于浇道12两侧的两个u型水道3，u型水道3的中部竖直设置，位于浇道12的侧面并靠近浇道12，u型水道3的两端向模具本体1的前面弯折并连通外界。可以对外模上温度较高的浇道12周围局部冷却，使得外模温度更均匀，有利于活塞毛坯自下而上顺序凝固，可消除浇道12热节从而消除活塞外圆缩松，且有助于活塞毛坯四周均匀冷却，两个u型水道3通入冷却水给浇道12周围降温，使得浇道12中的金属液迅速凝固，并且先于圆柱型腔11中的金属液凝固，当u型水道3冷却水道通水完毕后，弯折水道2开始通入冷却水。

具体地，u型水道3包括竖直水道31、上端水道32和下端水道33。竖直水道31位于浇道12的侧面并靠近浇道12，为竖直设置，竖直水道31的下端位于模具本体1内部，上端的开口位于模具本体1的上面并设置有堵头4，加工过程中由模具本体1的上面竖直向下钻孔，一端开口，一端封闭，开口端用堵头4封堵。

上端水道32水平设置并与竖直水道31交叉，上端水道32与竖直水道31位于同一竖直平面内，上端水道32的一端连通竖直水道31的中部，另一端开口位于模具本体1的前面并连通外界，加工过程中，由模具本体1的前面水平向内钻孔，直至连通竖直水道32的中部。

下端水道33水平设置并与竖直水道31交叉，下端水道332与竖直水道31位于同一竖直平面内，下端水道33的一端连通竖直水道31的下端，另一端开口位于模具本体1的前面并连通外界，加工过程中，由模具本体1的前面水平向内钻孔，直至连通竖直水道32的下端。冷却过程中，冷却水依次经过上端水道32、竖直水道31和下端水道33，完成冷却。也可根据情况调整各水道的倾斜角度，均在本发明的保护范围之内。

本发明具体实施方式提供的外模中，模具本体1包括左右对称设置的两个半模，两个弯折水道2分别设置于两个半模内，两个u型水道3分别设置于两个半模内。

除了上述外模，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述外模的活塞浇铸设备，该活塞浇铸设备其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本发明具体实施方式还提供一种上述活塞浇铸设备的冷却方法，包括步骤：

浇铸完成后再经过第一预设时长a向浇道12两侧的u型水道3内通入冷却水，以对浇道12进行冷却，通水时间为第二预设时长b。其中，a＝(0-0.2)t，b＝(0.2-0.5)t，t为铸件的凝固总时间，根据铸件大小及模具具体结构计算得出。

即浇铸完成后再经过预设时间c，向圆柱型腔11两侧的弯折水道2内通入冷却水，以对圆柱型腔11进行冷却。通水时间为第三预设时长d，c＝(0.2-0.7)t，d＝(0.2-0.5)t。

上述a、b、c、d四个时间，只是为了帮组理解通水时间的先后关系，还可以根据不同的模具结构或活塞铸件的特殊需求，进行一定的调整。

以上对本发明所提供的活塞浇铸设备及其外模和冷却方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。