一种高气压铸造头部预制件增强活塞模具的制作方法

本发明属于活塞铸造模具设备领域，涉及一种高气压铸造头部预制件增强活塞模具。

背景技术：

随着社会的不断发展，人们对汽车尾气的排放要求越来越高，各大汽车公司、发动机厂为了能够使生产出来的产品达到排放要求，从设计上不断提高发动机的爆发压力和升功率，普通铝活塞的强度已经达到材料极限，已越来越不能满足日益发展的设计要求，我们必须考虑在铝活塞的基础上对强度要求较高的活塞头部燃烧室部位进行增强，这种活塞必然是未来汽车发动机活塞的发展方向，这种预制件燃烧室增强活塞是在压力作用下把高温液态铝液挤入到预制件中形成的，由于成本较高、制作难度较大，目前这种活塞还非常少见，最常用的生产方式是挤压铸造，且生产效率低，出品率低，生产难度很大。

现有技术主要缺点如下：

1、模具复杂，制造费用昂贵：这种挤压铸造方式是在压力作用下凝固成型，没有补缩冒口，压力较高，模具型腔压力高，模具制造成本高；

2、现有技术生产效率低下：很多动作都是操作者手工完成的，日产量低；

3、模具寿命较低，因挤压铸造压力较高，一些和铝液直接接触的模具部件的使用寿命只有5000件，模具寿命约短；

4、单位产量人工成本较高：现有技术需3人配合才能操作1台设备；

5、后续机加工成本较高：现有技术很多结构铸造不出来，如活塞销孔、活塞止口等都是通过后续机械加工实现的。

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种工作效率高、使用寿命长的高气压铸造头部预制件增强活塞模具。该模具是以高压压缩空气为加压介质的高气压活塞铸造模具，这种模具能够实现预制件燃烧室增强活塞的生产，具有结构简单轻便，易于操作，能够实现预制件准确定位，生产效率高等优点。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的高气压铸造头部预制件增强活塞模具，其特征在于：包括相互配合的外模、内芯、顶模、止口圈及销芯；外模由左右两半对称组合而成，左右两半能够开合；顶模能够从外模上端与外模对合；内芯能够从外模下端向上伸入外模内部；销芯包括左右两个，安装在左右两个外模上；止口圈与外模连接。

外模包括相互连接的外模下块、外模滑块和滑块连接块，外模滑块通过外模下块上的滑槽滑动安装在外模下块上，左右两个外模滑块能够实现开合运动，外模滑块与滑块连接块固定连接，销芯通过螺钉固定在外模下块上。

顶模包括相互连接的顶模下块、保温冒口套和冒口套压盖，顶模下块能够与外模接触，顶模下块上固定安装保温冒口套，冒口套压盖安装在保温冒口套外侧，冒口套压盖上设有高压空气进口。

止口圈固定在铸造机工作台上；内芯连接油缸实现上下运动，移动到和止口圈的配合位置；外模的外模滑块连接油缸实现开合运动，顶模连接油缸实现上下运动。

外模滑块上设有预制件定位台，预制件放置在预制件定位台上。

预制件的材料采用氧化铝纤维或硼酸铝晶须；保温冒口套的制作材料为TC4或QTANi30Si5Cr5。

外模滑块和顶模下块配合处设有0.2mm的排气缝。

外模上设有镶环定位凸台，外模滑块上设有压镶环凸台，能够实现镶环精确定位。

外模上设有防护凸台；外模上设计有用于通入冷却水的浇道串水冷却通道。

顶模下块上设有机械锁模装置，顶模下行后和外模滑块上的锁模斜面配合实现机械锁模。

本发明的有益效果是：

采用该高气压铸造活塞头部预制件增强活塞模具，因气压压力只有5MPa～15MPa，相当于普通挤压铸造压力的1/10，模具结构简单，动作灵活，模具造价成本只用挤压铸造的1/3，生产效率较高，能够提高生产效率1倍以上。

采用该模具，因镶环定位采用下有定位凸台上有压镶环凸台的方式，能够精确保证镶环位置，减少因镶环位置变动引起的铸造废品。

采用该模具，因预制件附近设有排气缝和排气槽结构，预制件在压力作用下进铝情况良好，在显微镜下观察微观组织，没有发现显微缩松存在，活塞燃烧室预制件增强部位的高温抗拉强度（350℃）能够达到200MPa以上，是铝基体部位强度的2倍以上，增强效果非常明显。

采用该模具，预制件采用外模滑块上的定位台定位，预制件定位准确无误，且操作方便快捷。

经试验，采用上述结构模具及高气压铸造的铸造方式生产出来的预制件燃烧室增强活塞，能够满足目前发动机高爆压、高升功率的设计需求，目前已通过发动机试验。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

图1是本发明的剖面结构图；图2是本发明的左视剖面图；图3是本发明的外模结构图；图4是本发明的外模俯视图；图5是本发明的顶模剖面结构图。

其中，1外模，2内芯，3顶模，4止口圈，5销芯，6外模下块，7外模滑块，8滑块连接块，9下导向定位槽，10侧导向定位槽，11镶环定位凸台，12压镶环凸台，13锁模斜面，14顶模下块，15冒口套压盖，16保温冒口套，17机械锁模装置，18排气槽，19高压空气进口，20预制件定位台，21浇口杯，22盐芯，23镶环，24预制件，25防护凸台，26排气缝，27浇道串水冷却通道。

具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

本发明的高气压铸造头部预制件增强活塞模具，包括相互配合的外模1、内芯2、顶模3、止口圈4及销芯5；外模由左右两半对称组合而成，左右两半能够开合；顶模能够从外模上端与外模对合；内芯能够从外模下端向上伸入外模内部；销芯包括左右两个，安装在左右两个外模上；止口圈与外模连接。

外模1包括相互连接的外模下块6、外模滑块7和滑块连接块8，外模滑块通过外模下块上的滑槽滑动安装在外模下块上，左右两个外模滑块能够实现开合运动，外模滑块与滑块连接块固定连接，销芯5通过螺钉固定在外模下块6上。

顶模3包括相互连接的顶模下块14、保温冒口套16和冒口套压盖15，顶模下块能够与外模接触，顶模下块上固定安装保温冒口套，冒口套压盖安装在保温冒口套外侧，冒口套压盖上设有高压空气进口。

止口圈4通过螺栓固定在铸造机工作台上；内芯2连接油缸实现上下运动，移动到和止口圈的配合位置；外模的外模滑块连接油缸实现开合运动，顶模连接油缸实现上下运动。

外模滑块7通过外模下块6上的下导向定位槽9和侧导向定位槽10连接后可以实现在外模下块上滑动。外模1可以在铸造机工作滑台上开合运动，顶模3在油缸的带动下可以实现上下运动。

一种高气压为介质的压力铸造方式，工作时，高压压缩空气在高压空气进口19进入，压缩空气的压力范围在5MPa～15MPa；

所述外模1上设有外模滑块结构，外模滑块7可以实现在外模下块6上左右滑动，外模滑块上设有预制件定位台20，预制件放置在预制件定位台上，能够精确固定预制件24的位置；

所述预制件24的材料可以是氧化铝纤维和硼酸铝晶须等多种陶瓷材料；

所述模具在外模滑块7和顶模下块14配合处设有0.2mm的排气缝26，便于预制件24在加压充铝的过程中排除预制件内的空气；

所述模具外模上设有镶环定位凸台11，所述模具外模滑块7上设有压镶环凸台12，能够实现镶环23精确定位，防止镶环漂移；

所述模具外模上设有防护凸台25，防止铝液加压后意外喷溅造成伤人事故；

所述模具外模上设计有浇道串水冷却通道27，铝液浇注后，在浇道串水冷却通道27中通入冷却水冷却，使浇道部分能够快速凝固，防止加压后铝液从浇口杯喷溅造成伤人事故；

所述模具保温冒口套16的制作材料为TC4或QTANi30Si5Cr5，这两种材料具有较高的强度，能够在压力作用下不损坏，切具有较低的传热系数（传热系数只有普通模具钢的1/5），能够起到保温冒口套的作用；

所述模具顶模下块14上设有机械锁模装置17，顶模下行后和外模滑块7上的锁模斜面13配合实现机械锁模，防止模具在加压过程中外模滑块7被推开。

本发明的高气压铸造头部预制件增强活塞模具，其工作过程为：

1、内芯2通过油缸由下往上运动，移动到和止口圈的配合位置；.

2、将烘烤好的盐芯22固定在内芯2的盐芯定位平台上；

3、外模滑块7通过下导向定位槽9和侧导向定位槽10链接在外模下块6上，滑块连接块8通过螺钉固定在外模滑块7上，在油缸的作用下，外模滑块7能够在外模下块6上滑动，外模滑块7初始位置处于分开状态；

4、在外模油缸的作用下，推动外模1在铸造机工作台上滑动，使外模1处于合模状态；

5、把处理好的镶环23固定在镶环定位凸台11上；

6、在油缸的作用下，推动外模滑块7，使外模滑块7处于合模状态，同时压镶环凸台12和镶环23的上平面接触，起到给镶环23的上下定位作用；

7、将烘烤好的预制件24固定在预制件定位台20上；

8、顶模3在油缸的作用下向下运动并达到合模状态，此时，顶模3上的机械锁模装置17和外模滑块7上的锁模斜面13配合接触起到锁模作用；

9、在浇口杯21处浇入高温铝液，铝液充满整个密闭型腔；

10、浇道串水冷却通道27内通入冷却水进行冷却；

11、在模具型腔浇入高温铝液10-15秒后，在高压空气进口19通入压力为5MPa～15MPa的高压气体；

12、高温铝液在压力的作用下快速冲入预制件24内，同时预制件24内原有的空气通过排气缝26和排气槽18排出；

13、持续一定的加压时间，高压气体在高压空气进口19排出，待活塞铸件凝固完成，开模，并用机械手去下活塞毛坯；

进入下一个工作循环……。