专利名称：重力浇注顺序结晶活塞金属模的制作方法
技术领域：
一种重力浇注顺序结晶活塞金属模是汽车拖拉机制造业中铸造活塞的金属模具。
普通活塞金属模，浇注凝固时，不符合合金液沿型腔充型流淌所形成的温度梯度，活塞的铸造质量难以保证。以两种国产汽车活塞为例，来说明。将活塞主要壁厚尺寸列表如下(括号内尺寸为毛坯尺寸)
注1.＊活塞销孔外缘至底部尺寸，2.CA－10和东风EQ－140的活塞销孔壁厚均为5(6)。
由表得知，无论哪种型号的活塞，其最厚部位均位于活塞的环槽部，次厚部位为活塞底部，最薄部位于环槽至口部。
最厚部位的环槽一周中，又以两活塞销孔之下部为甚，亦为活塞的前(指前标记)，后部(见图2)。其热节面积(截面积)，即高度×壁厚CA－10型 37.8×17.2＝650.2(mm)2EQ－140型 34.3×19.8＝679.1(mm)2此部分别安排在活塞金属模的左右两侧，则确定了此部为最先强制结晶域。
活塞的左右部，其热节面积(截面积)，即高度×壁厚CA－10型左部26.3×17.2＝453.4(mm)2右部34.8×15.6＝542.9(mm)2EQ－140型左右部同34.8×13.8＝480.2(mm)2此部分别安排在活塞金属模的前、后冒口处，则确定了此部为较后结晶域。
两处热节面积比较CA－10型最先结晶域650.2(mm)2＞较后结晶域453.4(542.9)(mm)2EQ－140型最先结晶域679.1(mm)2＞较后结晶域480.2(mm)2显然，热节面积的大小与结晶顺序相矛盾。最不合理之处为充满后冒口的合金液是流过曲折的型腔而充分散热后的低温合金液，欲补缩销孔下环槽处具有较高型温及其所包容的高温合金液，则是极为困难的。
为了克服以上致命缺陷，普通活塞金属模，在活塞模销孔下环槽左右外模上，安装紫铜棒(紫铜棒的导热率是铸铁的9～17倍)，以强制激冷。就此，在所浇注的活塞中，此部及销孔中常常产生疏松(俗称″苍蝇脚″)，铸造质量常不稳定。
数块内模及两个活塞销模由于散热条件不好，浇注中最易过热，往往合模前需在水中激冷，激冷程度不易掌握，反复激冷，模具产生网状裂纹，缩短模具寿命。在模具要求散热慢的局部部位(例如冒口部)又要经常刷涂涂料，亦不易掌握。
本实用新型的目的，是遵循高温合金液浇注中随着在型腔中的流淌，沿途逐渐被金属型吸热，合金液温度逐渐降低，形成沿合金液流淌充型的相反方向的凝固结晶顺序。同时，型腔中流淌“冲刷”过的合金液愈多，则型温愈高，形成有利于合金液顺序结晶的模温温度梯度。
本实用新型是这样完成上述目的的在沿活塞环槽的横断面内(见图3)，要求合金液最先结晶域，即活塞左部环槽处，此处金属型腔尺寸较小，热节较小，采取了在左、右两半外模上及数块内模相应部位，装设了一定工质的热管(热管具有极高的导热能力，其轴向导热的当量导热系数比导热能力最好的铜棒可高出几十倍到几百倍，
图10为热管和铜棒导热性能比较。－上海机械学院 卓宁、孙家庆主编《工程对流换热》机械工业出版社1982年。以下简称《工》)，以强制激冷。
在次于最先结晶域，即两个活塞销孔下部环槽处，此处金属型型腔尺寸最大，热节最大，在左、右两半外模上及左、右两块内模的相应部位装设了热管。此热管的工质较最先结晶域处所采用的热管的工质热物理性质稍次。
两活塞销模因周围被合金液包围，其散热条件极为不利，将两个活塞销模制成热管。
要求合金液最后结晶域，即靠近冒口附近的活塞右部环槽处，热节较大，其热节面积(高度×壁厚－参见壁厚尺寸表)CA－10型 34.8×15.6＝542.9(mm)2EQ－140型 34.8×13.8＝480.2(mm)2此处仅靠左、右两半外模(铸铁质)的热传导散热。特将冒口周围的外模型腔制成陶瓷质的保温冒口，延缓冒口中合金液的散热，利于补缩。
在通过活塞左右两处，沿活塞的纵向平面内(见图8所示平面)的结晶顺序(参见图9)A部，是活塞环槽的最先结晶域，有热管激冷，必先结晶，在底模10(参见图6)之下，采取循环水冷，必次于A部再结晶；C部，因靠近冒口，型温及合金液温度均较高，必最后结晶。
为了防止合金液夹渣，在浇口之上放置了滤渣网。
以下结合附图作详细说明。
图1为CA－10型活塞结构铸胚主视图。
图2为CA－10型活塞结构铸胚左视图。图中双点划线为机械加工后形状图线。
图3为CA－10型活塞沿环槽的横断面结构图。
图4为普通活塞模所铸带浇冒口的活塞铸胚主视图。Ⅰ为浇冒口，Ⅱ为前冒口，Ⅲ为活塞毛胚，Ⅳ为后冒口。
图5为普通活塞模所铸带浇冒口的活塞铸胚俯视图。
图6为本实用新型结构主视图。
图7为本实用新型结构俯视图。
图8为本实用新型所铸带浇冒口的活塞铸胚主视图。Ⅰ为浇口，Ⅱ为前冒口，Ⅲ为活塞毛胚。
图9为本实用新型所铸带浇冒口的活塞铸胚俯视图。
图10为热管和铜棒导热性能比较(参见《工》)。
图11为本实用新型余热回收的换热系统图。
参见图6、图7、
图11，本实用新型基本结构如下它是由左、右两半外模20、21，若干块内模23、24、25，左、右活塞销模9、6，底模10，底座11，若干支热管1、2、3、4、5，螺旋形肋片单元换热器36，支架19，手把8，锁紧机构7，保温冒口14，滤渣网及换热系统组成。其各部位所装设的热管如下在合金液最先结晶域－左、右两半外模20、21所装设的1号热管1，在内模24所装设2号热管2，本组热管，根据活塞的规格大小，除在中间内模24上安装外，还可在左、右内模23、25的相应处装设(图中未画)。
在合金液次于最先结晶域－左、右两半外模20、21相应处所装设的3号热管3，内模23、25相应处所装设的4号热管4，根据活塞规格大小，4号热管可以不装。其中，内模23、25上，装设2号热管2(图中未画)和4号热管4时，同一块内模的2号、4号热管的蒸发段可连为一个加大了的蒸发段，绝热段则为一个。
两个活塞销模6、9所形成的5号热管5。
底模10的下部，利用底座11中之循环水冷却。
保温冒口型式如下它是在左、右两半外模20、21的相应部位，加工成“燕尾”槽，插入陶瓷质的镶嵌块14(即保温冒口)，用挡板12挡住，用螺钉13固定于外模上。它为易损件，可以更换。
结合
图11，换热系统是由水箱32，进水管31，出水管30，螺旋形肋片单元换热器36，胶质软管35，补给水管34，放水闸阀33等组成。其中，螺旋形肋片单元换热器36是采用扩展表面对流换热(参见《工》)。将它安装于热管的凝结段上。
水箱中热水可以充分利用。
使用重力浇注顺序结晶活塞金属模浇注活塞，热管在热节处迅速激冷，以致于溶于合金液中的氢原子不易析出，不产生气孔，晶粒无法长大，使活塞的组织致密，提高了活塞的内在铸造质量，采用了滤渣网，防止了夹渣，内模不易过热，生产中不需在水中反复激冷，延长了模具寿命；去掉了后冒口，节约了合金液，节约了能源，余热可利用。
权利要求1.一种由左、右两半外模20、21，若干块内模23、24、25，左、右活塞销模9、6，底模10，底座11，若干支热管1、2、3、4、5，螺旋形肋片单元换热器36，支架19，手把8，锁紧机构7，保温冒口14，滤渣网及换热系统所组成的重力浇注顺序结晶活塞金属模，它的特征是遵循合金液沿金属模型腔流淌充型路线所形成的温度梯度，进行顺序结晶，为此，在最先结晶域的活塞左部环槽热节处，即左、右两半外模20、21上，装设了1号热管，数块内模23、24、25的相应部位，装设了2号热管；在次于最先结晶域的活塞销孔下环槽热节处，即左、右两半外模20、21上，装设了3号热管，两块内模23、25的相应部位，装设了4号热管；左、右活塞销模9、6所形成的5号热管，其浇注系统为节约合金液的浇口，仅一个冒口及形腔。
2.按照权利要求1所述的重力浇注顺序结晶活塞金属模，其特征在于，保温冒口14为陶瓷质材料，浇冒口之上置有滤渣网。
专利摘要一种重力浇注顺序结晶活塞金属模，是汽车拖拉机工业中活塞生产的铸造模具。在模具型腔中因热节较大，型壁不易散热而严重影响合金液形成顺序结晶的环节处，采用热管传热激冷，使之严格地按照顺序结晶原则进行结晶，同时，本实用新型还设有保温冒口和滤渣网，从而避免了活塞的疏松、夹渣等铸造缺陷，省去了后冒口，节约合金液，节约能源。
文档编号B22C9/06GK2114521SQ9122975
公开日1992年9月2日 申请日期1991年12月5日 优先权日1991年12月5日
发明者贾振玉 申请人:贾振玉