一种活塞顶模的制作方法

本实用新型涉及铸造加工技术领域，更进一步地说涉及一种活塞顶模。

背景技术：

发动机的活塞通过模具铸造成型，金属熔液进入模具型腔后，模具冷却水路中通入低温的水溶液对模具进行冷却，模具型腔内的产品与模具进行冷热交换传递热量，金属熔液冷却凝固形成所需结构。

活塞的结构比较复杂，一般由多个模具共同拼接形成完整的模型空腔，第个模具对应于活塞的一个部分。活塞顶模是用于活塞头部成型的部件，活塞头部直接承受燃料爆燃的冲击，对其强度要求很高；活塞头部设有镶圈等金属嵌件，以及燃烧室和气门等结构，各部件铸造连接的紧密性与金属熔液的冷却速度有关，快速冷却可细化晶粒，使活塞头的抗拉性更好。

传统的活塞顶模结构如图1和图2所示，在矩形的活塞顶模上开设方形的冷却水路，但活塞头部呈圆形，镶圈嵌件和燃烧室与冷却水路各段的距离都不等，造成冷却效果不均匀，影响镶圈嵌件的粘接效果。冷却水路距离过长，进水口和出水口两端的水温温差过大，也会造成冷却效果不均匀。上述因素均影响冷却速率，冷却效果不均匀，致使活塞头部的晶粒组织较大，材料的抗拉强度弱，活塞易开裂。

因此，对于本领域的技术人员来说，如何设计一种冷却速率高且均匀的活塞顶模，加快金属熔液的固化速度，细化成品的组织晶粒，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种活塞顶模，具有模体，所述模体的中心设置燃烧室，所述模体的内部、环绕所述燃烧室设置与所述燃烧室外圈形状相同的、环形封闭的第一冷却水路，所述第一冷却水路上分别设置第一进水口与第一出水口。

可选地，所述第一冷却水路为与所述燃烧室同心的圆环，所述第一进水口与所述第一出水口分别位于所述第一冷却水路同一直径的两端。

可选地，所述模体包括相互固定配合的内环与外环，所述第一冷却水路开设于所述内环上。

可选地，所述内环包括相互固定的上环与下环，所述上环与所述下环相互配合接触的表面上分别开设圆环形的凹槽，所述上环上的圆环形凹槽与所述下环上的圆环形凹槽相互配合形成完整的所述第一冷却水路。

可选地，所述内环的中部设置向下凸出的占位块，所述占位块为向下渐缩的锥台形凸块。

可选地，所述内环的顶部侧壁向四周凸出形成环状台阶，所述环状台阶与所述外环中心通孔顶部侧壁的环状台阶相互匹配。

可选地，所述模体内部，环绕所述第一冷却水路还设置第二冷却水路。

可选地，所述第一进水口与所述第一出水口均为垂直于所述模体上表面的开孔，所述第一进水口与所述第一出水口上分别固定弯管；所述第一进水口与所述第一出水口上的弯管向相反的方向呈钝角弯折。

可选地，所述第二冷却水路呈不封闭的矩形，所述第二冷却水路的第二进水口与第二出水口设置于所述模体的同一侧。

本实用新型提供了一种活塞顶模，包括模体，模体是整个装置的主体，模体的底部形成铸造活塞空腔的一部分；在模体的中心设置燃烧室，燃烧室内部盛放煤油等燃料。在模体的内部设置环状的第一冷却水路，第一冷却水路环绕于燃烧室的外周，与燃烧室的形状相同，并且第一冷却水路整体是封闭式的结构，冷却液在其空腔内流动。在第一冷却水路上分别设置第一进水口与第一出水口，第一进水口向第一冷却水路输送外部的冷却液，第一冷却水路中经过换热的冷却液从第一出水口排出。

第一冷却水路环绕在燃烧室的外周，距离燃烧室很近，通过第一冷却水路可以更好地与燃烧室进行换热，及时将热量带出，以实现更好的降温效果。第一冷却水路呈环形，与燃烧室的外周形状相同，第一冷却水路的各段距离燃烧室的距离都相同，因此相对于传统的结构，对各处的冷却降温效果更均衡。可以看出，采用本实用新型提供的活塞顶模，通过实现快速且均匀一致的降温手段，在铸造活塞的过程中加快金属熔液的冷却凝固速率，使组织晶粒更加细化，活塞与镶圈的粘接稳定性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为传统的活塞顶模的正视图；

图2为传统的活塞顶模的侧视图；

图3为本实用新型提供的活塞顶模一种结构的正视图；

图4为本实用新型提供的活塞顶模一种结构的剖面图。

其中：

模体1、内环11、外环12、上环111、下环112、占位块113、环状台阶114、燃烧室2、第一冷却水路3、第一进水口31、第一出水口32、第二冷却水路4、第二进水口41、第二出水口42。

具体实施方式

本实用新型的核心在于提供一种活塞顶模，更为快速的冷却金属熔液，加快凝固速率，使组织晶粒更加细化。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请给出的活塞顶模进行详细的说明。

如图3和图4所示，分别为本申请提供的活塞顶模一种实施方式中的正视图与侧视图，图中的箭头表示冷却液的流动方向。该活塞顶模具有模体1，模体1作为整个装置的主体结构，其他结构或者空腔均设置在模体1上，模体1的底部形成铸造活塞的空腔顶部。在模体1的中心设置燃烧室2，燃烧室2为一凹槽，位于模体1的上表面，燃烧室2用于盛放煤油等燃料，提供热量。在模体1的内部设置第一冷却水路3，第一冷却水路3环绕于燃烧室2的外周，并且与燃烧室2的形状相同，因此第一冷却水路3的各段与燃烧室2的距离相同；第一冷却水路3为环状封闭的结构，整个第一冷却水路3的首尾相互连通，为一完整的环形结构。

第一冷却水路3上还分别设置第一进水口31与第一出水口32，第一进水口31将外界的冷却液输送到第一冷却水路3中，冷却液流动时进行热交换对金属熔液进行降温；经过热交换的冷却液由第一出水口32排出到外界，完成了循环。由于第一冷却水路为一完整的封闭环形结构，冷却液由第一进水口31进入到第一冷却水路3后，分为两路向第一出水口32流动，进一步降低冷却液经过的路径，第一进水口31与第一出水口32两处的冷却液温差较小，提高冷却速率。

由于第一冷却水路3呈环状将燃烧室2环绕包围，且与燃烧室2的外周形状相同，因而各点与燃烧室2的距离相同，并且都距离燃烧室2很近，达到快速降温的目的。本实用新型中的活塞顶模结构可以使金属熔液快速降温，晶粒的长大需要时间，该活塞顶模减少固化所需时间，从而达到细化晶粒的目的。铸造时金属熔液凝固后与镶圈嵌件固定，镶圈嵌件与活塞缸直接接触，活塞本体与镶圈嵌件连接的紧密性直接影响发动机的工作，细化的组织晶粒提高了粘接的牢固程度。

在此基础上更进一步，燃烧室2可设置成横截面为圆形的凹槽，第一冷却水路3环绕在燃烧室2的外周，因而将第一冷却水路3设置为与燃烧室2同心的圆环，第一进水口31和第一出水口32分别位于第一冷却水路3的同一直径的两端。第一进水口31和第一出水口32关于圆环形第一冷却水路3的圆心对称，冷却液经第一进水口31进入后分别从两侧向第一出水口32流动，两侧通道的距离相等，可使两侧关于第一进水口31和第一出水口32连线对称的各点温度相同，达到的冷却效果更为均匀。第一进水口31和第一出水口32的位置设置，使冷却液仅经过半个圆周就流出，流动的距离更短，第一进水口31和第一出水口32的温差更小，各处的冷却效果基本相同，使金属熔液各点的凝固速率基本相同，得到的组织晶粒也更均匀。

更进一步，为了方便加工制造，本实用新型中的模体1包括相互配合固定的内环11与外环12，第一冷却水路3开设在内环11上。由于第一冷却水路3呈圆环形，无法直接钻孔加工，因此内环11由相互固定配合的上环111与下环112，上环111与下环112相互配合接触的表面上分别开设圆环形的凹槽，这里所指的凹槽是将圆环沿垂直于轴线的平面剖开所形成的结构，而并非沿轴线剖开。上环111上的圆环形凹槽与下环112上的圆环形凹槽相互配合可以形成完整的圆环通道，也即第一冷却水路3。在上环111与下环112的表面上分别铣削加工出环状凹槽，再将上环111与下环112相互密封固定。内环11整体的形状可为圆柱形，也可为多边形柱体，外环12中心设置与内环11外形相同的通孔，内环11与外环12可以相互配合组装。

当然，上述设置上环111与下环112仅作为一种具体的参考形式，还可采用其他的结构方便加工第一冷却水路3。例如内环11可设置为圆柱形，在圆柱的侧壁上开设圆环形的凹槽，同样地在外环12的圆筒形内壁上对应地设置环形凹槽，两者安装配合固定后即形成了第一冷却水路3，此时内环11可为一体式结构；这些结构都包括在本实用新型所要保护的范围之内。

更进一步，内环11的中部向下凸出设置占位块113，占位块113为向下渐缩的锥台形凸块。由于设置了第一冷却水路3，可以更快地冷却，达到细化晶粒的目的，设置占位块113使活塞顶部形成凹陷的结构，传统步骤中，活塞的顶部铸造时为平面，再经过铣削将活塞的顶部加工出凹槽，合为燃料的燃烧空间。传统的铸造方法冷却速度较慢，外侧的晶粒较大，因而更多的铣削使内部的结构暴露，提高活塞的强度与韧性。本实用新型的活塞顶模在铸造时就能使晶粒细化，在活塞顶部直接加工出凹槽结构，后期的铣削量更小，也减少的材料浪费。

另外，为了使内环11更好地被外环12承托，内环11的顶部侧壁设置向四周凸出的环状台阶114，对应地在外环12的中心通孔顶部侧壁设置环状的台阶，环状台阶114与外环12的中心通孔的环状台阶相互匹配，两者一凸一凹，实现了相互配合，由外环12的台阶对内环11起承托作用。

为了起到更好的冷却效果，本实用新型在模体1内部还设置第二冷却水路4，第二冷却水路4环绕于第一冷却水路3的外周。具体地，第一冷却水路4可设置在外环12上。第二冷却水路4可与第一冷却水路3相同的设置方式，也可如附图3所示设置为矩形，第二冷却水路4起辅助冷却的作用。

本实用新型中第一冷却水路3上的第一进水口31和第一出水口32均为垂直于模体1上表面设置的开孔，在第一进水口31和第一出水口32上分别固定设置弯管，第一进水口31上的弯管和第一出水口32上的弯管朝向相反的方向弯折，两者的夹角呈钝角，两者连接水管时不会相互影响。

如图3所示，第二冷却水路4为不封闭的矩形结构，第二进水口41和第二出水口42设置于模体1的同一侧，冷却流过矩形一周后排出。当然，也可采用与第一冷却水路3类似的结构，第二冷却水路4设置为封闭的矩形，即首尾相连，第二进水口41和第二出水口42分别相对设置，也可减少冷却液流动的距离，提高冷却速率。

可以想到的是，本实用新型中的活塞顶模结构中，直接将模体1设置为上下两个分体的结构也是可以的，上下两个分体相互接触的表面上分别加工出对应的凹槽，相互拼接固定后组成第一冷却水路3与第二冷却水路4，第一冷却水路3与第二冷却水路4的形状可以更容易被加工。

采用本实用新型的活塞顶模，由第一冷却水路3起主要的冷却作用，第二冷却水路4起辅助冷却作用。第一冷却水路3与燃烧室、第一冷却水路3与镶圈嵌件的距离相同，保证了各点冷却的速率一致。并且冷却液流动的距离短，进口与出口的温差不大，也使冷却速率更均衡。通过上述各个结构的设计，加快冷却的速率，达到细化晶粒的目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。