专利名称：一种发动机的活塞铸件铸型及活塞铸件的铸造方法
技术领域：
本发明涉及铸造领域，具体涉及一种发动机的活塞铸件铸型及活塞铸件的铸造方法。
背景技术：
汽车发动机的铝合金活塞是发动机的核心零件之一，但随着汽车工业的发展，活塞的形状越来越复杂，给活塞铸件的铸型设计与实施造成很大的困难。在设计形状复杂的汽车发动机铝合金活塞铸型时，通常需要用多块金属材质的分块芯组合成型芯，采用传统的重力铸造法铸造，这种铸造方法由于需要设置直浇道与冒口，工艺出品率不高，造成成本居高不下。
发明内容
本发明提供了一种用于发动机的活塞铸件铸型。此外，本发明还提供了一种使用上述铸型的发动机的活塞铸件铸造方法。使用该铸型与铸造方法配合能够显著提高工艺出品率。为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的，一种用于前述的发动机的活塞铸件铸造方法的铸型，包括金属型外型、销孔芯、金属芯体和砂芯，其中金属芯体上设有一个凸出端，砂芯包裹在金属芯体的凸出端并与金属芯体一起形成组合芯，组合芯从金属型外型的顶部伸入，金属芯体在上，砂芯在下，销孔芯的个数为两个，分别从金属型外型的两侧伸入并与砂芯接触，金属型外型的底部设有浇口 ；由金属型外型、组合芯和销孔芯共同围成的空间为型腔。进一步地，前述的铸型中，所述金属芯体的凸出端横向尺寸小于活塞铸件止口尺寸,砂芯的厚度不小于6mm。进一步地，前述的铸型中，步骤1中的组合芯采用热芯盒射砂法制作；进一步地，前述的铸型中，热芯盒射砂法中热芯盒的工作温度为250 350°C ；优选为250 320°C。进一步地，前述的铸型中，砂芯采用覆膜砂为型砂。本发明还提供了一种使用前述铸型的发动机活塞铸件铸造方法，包括如下步骤步骤1 向合金液施压，使合金液通过升液管上升到浇口处；步骤2:进行充型；步骤3 进行结晶；步骤4:撤去压力，开模。进一步地，前述的发动机的活塞铸件铸造方法中，步骤2中的升液压力为0. 02 0. 025MPa，升液速率为50 80mm/s。进一步地，前述的发动机的活塞铸件铸造方法中，步骤3中的充型压力为0. 03 0. 06MPa,充型时间为10 15s。
进一步地，前述的发动机的活塞铸件铸造方法中，步骤4中的结晶压力为0. 04 0. 08MPa,结晶保压时间为15 :35s。进一步地，前述的发动机的活塞铸件铸造方法中，步骤2中的合金液为铝合金金属液，温度为690 720°C。本发明充分发挥低压铸造可自下而上地利用升液管进行补缩的特性，不在铸型上设置直浇道与冒口，铸件的工艺出品率达到82 88%，熔炼成本因此可以大幅度地降低。此外，本发明所提供的发动机的活塞铸件铸型及活塞铸件的铸造方法还具有下列技术效果(1)采用金属芯体和砂芯两部分构成组合芯，降低抽芯难度，减少抽芯时间；(2)砂芯部分采用覆膜砂为原料，具有较高的尺寸精度和表面光洁度，能够满足活塞铸件的要求；(3)金属芯体的凸出端尺寸在不造成抽芯困难的情况下做的尽可能大，以减少砂芯部分的重量，节约成本；(4)组合芯制作与活塞铸件铸造都使用了已经成熟的生产方法，可以实现机械化、 自动化生产，生产效率高；(5)充分利用了低压铸造方法的优点，铝合金活塞铸件组织致密、尺寸精度及表面光洁度均有很大提高，生产效率和产品合格率也相应提高。
为了更清楚地说明本发明具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式
或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例的铸型主视剖面图；图2为本发明实施例的铸型侧视剖面图；图3为本发明实施例的铸造方法流程图。附图标记1-金属型外型，2-销孔芯，3-金属芯体，4-砂芯，5-型腔，6-浇口，7-凸出端。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施方式
，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。一种发动机的活塞铸件铸型，包括金属型外型、销孔芯、金属芯体和砂芯，其中金属芯体上设有一个凸出端，砂芯包裹凸出端并与金属芯体一起形成组合芯，组合芯从金属型外型的顶部伸入，金属芯体在上，砂芯在下，销孔芯的个数为两个，分别从金属型外型的两侧伸入并与砂芯接触，金属型外型的底部设有浇口 ；由金属型外型、组合芯和销孔芯共同围成的空间为型腔。具体实施时可使金属芯体的凸出端横向尺寸小于活塞铸件止口尺寸，砂芯的厚度不小于6mm。这样凸出端在不影响抽芯和保证型砂厚度的情况下可以将尺寸设计的尽可能大， 减小型芯的体积，进而减少型砂的用量。采用分块芯进行低压铸造时，铝合金金属液会流入分块芯之间的缝隙而造成抽芯困难，而采用上述结构进行低压铸造时，由于砂芯是一个整体，没有缝隙，而且铸件铸造完成后砂芯部分会自然溃散，省去了使用金属组合芯时需要依次抽芯的步骤，因此生产效率可大幅度提高。在本发明的各个实施方式中，作为优选方案，组合芯可使用热芯盒射砂法制作。热芯盒射砂法是已经成熟运用的制作组合芯的方法，可机械化、自动化生产，生产效率高，制作方法包括1)将热芯盒盒体与金属芯体组合，盒体内腔尺寸与粗糙度要求与活塞铸件内腔要求相同，盒体内腔与金属芯体之间的间隙即为覆膜砂填充的空间；2)将热芯盒的工作温度调整为250 350°C，例如250°C、270°C、290°C、310°C、 330°C或350°C以及其中任意两范围之间的数值；将覆膜砂射入间隙直至完全充填，之后经过固化即形成覆盖在金属芯体体表面的砂芯，金属芯体与砂芯一起形成组合芯。 在本发明的各个实施方式中，热芯盒的工作温度优选250 320°C，在此温度范围内组合芯的合格率更高，尺寸精度和表面粗糙度也较好。在本发明的各个实施方式中，组合芯的砂芯部分优选采用覆膜砂为原料。使用覆膜砂制作的砂芯具有较高的尺寸精度和表面光洁度，能够满足活塞铸件的要求，并且没有缝隙，使低压铸造方法的充型和结晶过程得以进行，铸件的尺寸和表面光洁度也可以很好保证。此外本发明还提供了一种使用本发明的各个实施方式中所述铸型的活塞铸件铸造方法包括如下步骤步骤1 向合金液施压，使合金液通过升液管上升到浇口处，此过程中合金液可以为铝合金金属液、镁合金金属液或钛合金金属液，当合金液为铝合金金属液时，温度为 690 720°C，例如690°〇、7001、7101或7201以及其中任意两范围之间的数值；升液压力保持在0. 02 0. 025MPa范围内，例如0. 02MPa、0. 022MPa或0. 025MPa以及其中任意两范围之间的数值；升液速率为50 80mm/s，具体升液速率可通过调整升液压力确定；步骤2 将压力调整至Ij 0. 03 0. 06MPa,例如 0. 03MPa、0. 04MPa、0. 05MPa 或 0. 06MPa以及其中任意两范围之间的数值；进行充型，充型时间为10 15s ；充型时间可由充型压力决定，一般情况下充型压力越低则充型时间越长；步骤3 将压力调整到0. 04 0. 08MPa,例如0. 04MPa、0. 06MPa或0. 08MPa以及其中任意两范围之间的数值；进行金属液的结晶作业，结晶保压时间为15 35s ；结晶时间可由结晶压力决定，一般情况下结晶压力越低则结晶时间越长；步骤4:撤去压力，开模。由于活塞头部厚大而裙部壁厚很小，采用头部在下的浇注位置，便于形成自下而上的凝固顺序，可以充分发挥低压铸造利用升液管补缩的优势，而且无需设置直浇道和冒口，铸型的形状得以简化，并且能显著提高铸件的工艺出品率。通过采用本发明实施方式中所述的铸造方法，可以使铝合金活塞铸件组织致密、尺寸精度及表面光洁度较传统铸造方法均有提高；活塞铸件的铸造可以实现机械化、自动化生产，生产效率和产品合格率较高。为更好的解释本发明，下面提供具体实施例进行说明。 具体实施例以铸造491Q活塞铸件为例，如图1和图2所示，491Q活塞铸件的铸型包括金属型外型1、销孔芯2、金属芯体3和砂芯4，其中金属芯体3上设有一个凸出端7，砂芯4包裹凸出端7并与金属芯体3 —起形成组合芯，组合芯从金属型外型1的顶部伸入，金属芯体3在上，砂芯4在下，销孔芯2的个数为两个，分别从金属型外型1的两侧伸入，顶端与砂芯4接触，两根销孔芯2对称分布在砂芯4的左右两侧且销孔芯2的轴线与水平面平行；金属型外型1的底部设有浇口 6 ；由金属型外型1、组合芯和销孔芯2共同围成的空间为型腔5。金属芯体3的凸出端7横向尺寸小于活塞铸件止口尺寸，砂芯4的厚度不小于6mm。组合芯的凸出端7的下段是一个厚度为22mm、半径为30mm的圆弧形，上段是一个 22mm厚、60mm宽、12mm高的长方体，整个凸出端7横向最大尺寸为60mm，这样在型腔5形状不变的情况下，凸出端7既满足横向尺寸小于活塞铸件76mm的止口的尺寸，又满足砂芯3 厚度不小于6mm，在这两个前提条件下设计出的491Q活塞铸件，其砂芯4部分的制作过程仅消耗覆膜砂30 35g，成本大幅降低。采用热芯盒射砂法制作组合芯，热芯盒射砂法的设备采用青岛星光铸造机械有限公司生产的Z8615S射芯机，砂芯4采用重庆绿环铸造有限公司生产的铝合金铸件用覆膜砂为型砂，覆膜砂型号为LFCS12，粒度为70 140，制作方法包括1)将热芯盒盒体与金属芯体3组合，盒体内腔尺寸与粗糙度要求与活塞铸件内腔要求相同，盒体内腔与金属芯体3之间的间隙即为覆膜砂填充的空间；2)将热芯盒的工作温度调整为320°C，将覆膜砂射入间隙直至完全充填，之后经过固化即形成覆盖在金属芯体3体表面的砂芯4，金属芯体3与砂芯4 一起形成组合芯。将491Q活塞铸件的铸型安装在无锡盛大鑫科机械制造有限公司生产的J451低压铸造机上，浇口 6与低压铸造机的升液管连接。如图3所示，铸造方法包括步骤1 向铝合金金属液施压，使铝合金金属液通过升液管上升到浇口 6处，此过程中铝合金金属液的温度为710V ；升液压力0. 022MPa ；升液速率为62mm/s ；步骤2 将压力调整到0. 04MPa进行充型，充型时间为12s ；步骤3 将压力调整到0. 06MPa进行金属液的结晶作业，结晶保压时间为25s ；步骤4:撤去压力，开模。最后应说明的是以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种发动机的活塞铸件铸型，其特征在于包括金属型外型、销孔芯、金属芯体和砂芯，其中金属芯体上设有一个凸出端，砂芯包裹在金属芯体的凸出端并与金属芯体一起形成组合芯，组合芯从金属型外型的顶部伸入，金属芯体在上，砂芯在下，销孔芯的个数为两个，分别从金属型外型的两侧伸入并与砂芯接触，金属型外型的底部设有浇口 ；由金属型外型、组合芯和销孔芯共同围成的空间为型腔。
2.如权利要求1所述的铸型，其特征在于所述金属芯体的凸出端横向尺寸小于活塞铸件止口尺寸，砂芯的厚度不小于6mm。
3.如权利要求1或2所述的铸型，其特征在于所述组合芯采用热芯盒射砂法制作。
4.如权利要求3所述的铸型，其特征在于所述热芯盒射砂法中热芯盒的工作温度为 250 350°C ；优选为 250 320°C。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的铸型，其特征在于所述砂芯采用覆膜砂为型砂。
6.一种使用权利要求1至5中任意一项所述铸型的发动机活塞铸件铸造方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1 向合金液施压，使合金液通过升液管上升到浇口处； 步骤2 进行充型； 步骤3:进行结晶； 步骤4:撤去压力，开模。
7.如权利要求6所述的发动机的活塞铸件铸造方法，其特征在于所述步骤2中的升液压力为0. 02 0. 025MPa,升液速率为50 80mm/s。
8.如权利要求6或7所述的发动机的活塞铸件铸造方法，其特征在于所述步骤3中的充型作业压力为0. 03 0. 06MPa，充型时间为10 15s。
9.如权利要求6至8中任意一项所述的发动机的活塞铸件铸造方法，其特征在于所述步骤4中的结晶作业压力为0. 04 0. 08MPa，结晶保压时间为15 35s。
10.如权利要求6至9中任意一项所述的发动机的活塞铸件铸造方法，其特征在于所述步骤2中的合金液为铝合金金属液，温度为690 720°C。
全文摘要
本发明涉及铸造领域，具体涉及一种发动机的活塞铸件铸型及活塞铸件的铸造方法，铸型包括金属型外型、销孔芯、金属芯体和砂芯，其中金属芯体上设有一个凸出端，砂芯包裹在金属芯体的凸出端并与金属芯体一起形成组合芯，组合芯从金属型外型的顶部伸入，金属芯体在上，砂芯在下，销孔芯的个数为两个，分别从金属型外型的两侧伸入并与砂芯接触，金属型外型的底部设有浇口；由金属型外型、组合芯和销孔芯共同围成的空间为型腔。本发明所提供的发动机的活塞铸件铸型采用金属芯体和砂芯两部分构成组合芯，适合低压铸造方法铸造，金属型外型上不设直浇道和冒口，铸件的工艺出品率达到82％以上。
文档编号B22D18/04GK102407317SQ20111035918
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者赵平, 赵晓邦 申请人:西华大学