本發(fā)明屬于活塞鑄造模具設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種高氣壓鑄造頭部預(yù)制件增強(qiáng)活塞模具。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車尾氣的排放要求越來(lái)越高，各大汽車公司、發(fā)動(dòng)機(jī)廠為了能夠使生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品達(dá)到排放要求，從設(shè)計(jì)上不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)壓力和升功率，普通鋁活塞的強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到材料極限，已越來(lái)越不能滿足日益發(fā)展的設(shè)計(jì)要求，我們必須考慮在鋁活塞的基礎(chǔ)上對(duì)強(qiáng)度要求較高的活塞頭部燃燒室部位進(jìn)行增強(qiáng)，這種活塞必然是未來(lái)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的發(fā)展方向，這種預(yù)制件燃燒室增強(qiáng)活塞是在壓力作用下把高溫液態(tài)鋁液擠入到預(yù)制件中形成的，由于成本較高、制作難度較大，目前這種活塞還非常少見(jiàn)，最常用的生產(chǎn)方式是擠壓鑄造，且生產(chǎn)效率低，出品率低，生產(chǎn)難度很大。

現(xiàn)有技術(shù)主要缺點(diǎn)如下：

1、模具復(fù)雜，制造費(fèi)用昂貴：這種擠壓鑄造方式是在壓力作用下凝固成型，沒(méi)有補(bǔ)縮冒口，壓力較高，模具型腔壓力高，模具制造成本高；

2、現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)效率低下：很多動(dòng)作都是操作者手工完成的，日產(chǎn)量低；

3、模具壽命較低，因擠壓鑄造壓力較高，一些和鋁液直接接觸的模具部件的使用壽命只有5000件，模具壽命約短；

4、單位產(chǎn)量人工成本較高：現(xiàn)有技術(shù)需3人配合才能操作1臺(tái)設(shè)備；

5、后續(xù)機(jī)加工成本較高：現(xiàn)有技術(shù)很多結(jié)構(gòu)鑄造不出來(lái)，如活塞銷孔、活塞止口等都是通過(guò)后續(xù)機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種工作效率高、使用壽命長(zhǎng)的高氣壓鑄造頭部預(yù)制件增強(qiáng)活塞模具。該模具是以高壓壓縮空氣為加壓介質(zhì)的高氣壓活塞鑄造模具，這種模具能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)制件燃燒室增強(qiáng)活塞的生產(chǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，易于操作，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)制件準(zhǔn)確定位，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的高氣壓鑄造頭部預(yù)制件增強(qiáng)活塞模具，其特征在于：包括相互配合的外模、內(nèi)芯、頂模、止口圈及銷芯；外模由左右兩半對(duì)稱組合而成，左右兩半能夠開(kāi)合；頂模能夠從外模上端與外模對(duì)合；內(nèi)芯能夠從外模下端向上伸入外模內(nèi)部；銷芯包括左右兩個(gè)，安裝在左右兩個(gè)外模上；止口圈與外模連接。

外模包括相互連接的外模下塊、外?；瑝K和滑塊連接塊，外?；瑝K通過(guò)外模下塊上的滑槽滑動(dòng)安裝在外模下塊上，左右兩個(gè)外?；瑝K能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，外模滑塊與滑塊連接塊固定連接，銷芯通過(guò)螺釘固定在外模下塊上。

頂模包括相互連接的頂模下塊、保溫冒口套和冒口套壓蓋，頂模下塊能夠與外模接觸，頂模下塊上固定安裝保溫冒口套，冒口套壓蓋安裝在保溫冒口套外側(cè)，冒口套壓蓋上設(shè)有高壓空氣進(jìn)口。

止口圈固定在鑄造機(jī)工作臺(tái)上；內(nèi)芯連接油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)到和止口圈的配合位置；外模的外?；瑝K連接油缸實(shí)現(xiàn)開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，頂模連接油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。

外?；瑝K上設(shè)有預(yù)制件定位臺(tái)，預(yù)制件放置在預(yù)制件定位臺(tái)上。

預(yù)制件的材料采用氧化鋁纖維或硼酸鋁晶須；保溫冒口套的制作材料為TC4或QTANi30Si5Cr5。

外?；瑝K和頂模下塊配合處設(shè)有0.2mm的排氣縫。

外模上設(shè)有鑲環(huán)定位凸臺(tái)，外?；瑝K上設(shè)有壓鑲環(huán)凸臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)鑲環(huán)精確定位。

外模上設(shè)有防護(hù)凸臺(tái)；外模上設(shè)計(jì)有用于通入冷卻水的澆道串水冷卻通道。

頂模下塊上設(shè)有機(jī)械鎖模裝置，頂模下行后和外?；瑝K上的鎖模斜面配合實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖模。

本發(fā)明的有益效果是：

采用該高氣壓鑄造活塞頭部預(yù)制件增強(qiáng)活塞模具，因氣壓壓力只有5MPa～15MPa，相當(dāng)于普通擠壓鑄造壓力的1/10，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，模具造價(jià)成本只用擠壓鑄造的1/3，生產(chǎn)效率較高，能夠提高生產(chǎn)效率1倍以上。

采用該模具，因鑲環(huán)定位采用下有定位凸臺(tái)上有壓鑲環(huán)凸臺(tái)的方式，能夠精確保證鑲環(huán)位置，減少因鑲環(huán)位置變動(dòng)引起的鑄造廢品。

采用該模具，因預(yù)制件附近設(shè)有排氣縫和排氣槽結(jié)構(gòu)，預(yù)制件在壓力作用下進(jìn)鋁情況良好，在顯微鏡下觀察微觀組織，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯微縮松存在，活塞燃燒室預(yù)制件增強(qiáng)部位的高溫抗拉強(qiáng)度（350℃）能夠達(dá)到200MPa以上，是鋁基體部位強(qiáng)度的2倍以上，增強(qiáng)效果非常明顯。

采用該模具，預(yù)制件采用外?；瑝K上的定位臺(tái)定位，預(yù)制件定位準(zhǔn)確無(wú)誤，且操作方便快捷。

經(jīng)試驗(yàn)，采用上述結(jié)構(gòu)模具及高氣壓鑄造的鑄造方式生產(chǎn)出來(lái)的預(yù)制件燃燒室增強(qiáng)活塞，能夠滿足目前發(fā)動(dòng)機(jī)高爆壓、高升功率的設(shè)計(jì)需求，目前已通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。

附圖說(shuō)明

附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的左視剖面圖；圖3是本發(fā)明的外模結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的外模俯視圖；圖5是本發(fā)明的頂模剖面結(jié)構(gòu)圖。

其中，1外模，2內(nèi)芯，3頂模，4止口圈，5銷芯，6外模下塊，7外?；瑝K，8滑塊連接塊，9下導(dǎo)向定位槽，10側(cè)導(dǎo)向定位槽，11鑲環(huán)定位凸臺(tái)，12壓鑲環(huán)凸臺(tái)，13鎖模斜面，14頂模下塊，15冒口套壓蓋，16保溫冒口套，17機(jī)械鎖模裝置，18排氣槽，19高壓空氣進(jìn)口，20預(yù)制件定位臺(tái)，21澆口杯，22鹽芯，23鑲環(huán)，24預(yù)制件，25防護(hù)凸臺(tái)，26排氣縫，27澆道串水冷卻通道。

具體實(shí)施方式

附圖為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例。

本發(fā)明的高氣壓鑄造頭部預(yù)制件增強(qiáng)活塞模具，包括相互配合的外模1、內(nèi)芯2、頂模3、止口圈4及銷芯5；外模由左右兩半對(duì)稱組合而成，左右兩半能夠開(kāi)合；頂模能夠從外模上端與外模對(duì)合；內(nèi)芯能夠從外模下端向上伸入外模內(nèi)部；銷芯包括左右兩個(gè)，安裝在左右兩個(gè)外模上；止口圈與外模連接。

外模1包括相互連接的外模下塊6、外模滑塊7和滑塊連接塊8，外模滑塊通過(guò)外模下塊上的滑槽滑動(dòng)安裝在外模下塊上，左右兩個(gè)外模滑塊能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，外模滑塊與滑塊連接塊固定連接，銷芯5通過(guò)螺釘固定在外模下塊6上。

頂模3包括相互連接的頂模下塊14、保溫冒口套16和冒口套壓蓋15，頂模下塊能夠與外模接觸，頂模下塊上固定安裝保溫冒口套，冒口套壓蓋安裝在保溫冒口套外側(cè)，冒口套壓蓋上設(shè)有高壓空氣進(jìn)口。

止口圈4通過(guò)螺栓固定在鑄造機(jī)工作臺(tái)上；內(nèi)芯2連接油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)到和止口圈的配合位置；外模的外?；瑝K連接油缸實(shí)現(xiàn)開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，頂模連接油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。

外?；瑝K7通過(guò)外模下塊6上的下導(dǎo)向定位槽9和側(cè)導(dǎo)向定位槽10連接后可以實(shí)現(xiàn)在外模下塊上滑動(dòng)。外模1可以在鑄造機(jī)工作滑臺(tái)上開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，頂模3在油缸的帶動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。

一種高氣壓為介質(zhì)的壓力鑄造方式，工作時(shí)，高壓壓縮空氣在高壓空氣進(jìn)口19進(jìn)入，壓縮空氣的壓力范圍在5MPa～15MPa；

所述外模1上設(shè)有外?；瑝K結(jié)構(gòu)，外?；瑝K7可以實(shí)現(xiàn)在外模下塊6上左右滑動(dòng)，外?；瑝K上設(shè)有預(yù)制件定位臺(tái)20，預(yù)制件放置在預(yù)制件定位臺(tái)上，能夠精確固定預(yù)制件24的位置；

所述預(yù)制件24的材料可以是氧化鋁纖維和硼酸鋁晶須等多種陶瓷材料；

所述模具在外?；瑝K7和頂模下塊14配合處設(shè)有0.2mm的排氣縫26，便于預(yù)制件24在加壓充鋁的過(guò)程中排除預(yù)制件內(nèi)的空氣；

所述模具外模上設(shè)有鑲環(huán)定位凸臺(tái)11，所述模具外?；瑝K7上設(shè)有壓鑲環(huán)凸臺(tái)12，能夠?qū)崿F(xiàn)鑲環(huán)23精確定位，防止鑲環(huán)漂移；

所述模具外模上設(shè)有防護(hù)凸臺(tái)25，防止鋁液加壓后意外噴濺造成傷人事故；

所述模具外模上設(shè)計(jì)有澆道串水冷卻通道27，鋁液澆注后，在澆道串水冷卻通道27中通入冷卻水冷卻，使?jié)驳啦糠帜軌蚩焖倌?，防止加壓后鋁液從澆口杯噴濺造成傷人事故；

所述模具保溫冒口套16的制作材料為TC4或QTANi30Si5Cr5，這兩種材料具有較高的強(qiáng)度，能夠在壓力作用下不損壞，切具有較低的傳熱系數(shù)（傳熱系數(shù)只有普通模具鋼的1/5），能夠起到保溫冒口套的作用；

所述模具頂模下塊14上設(shè)有機(jī)械鎖模裝置17，頂模下行后和外?；瑝K7上的鎖模斜面13配合實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖模，防止模具在加壓過(guò)程中外模滑塊7被推開(kāi)。

本發(fā)明的高氣壓鑄造頭部預(yù)制件增強(qiáng)活塞模具，其工作過(guò)程為：

1、內(nèi)芯2通過(guò)油缸由下往上運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)到和止口圈的配合位置；.

2、將烘烤好的鹽芯22固定在內(nèi)芯2的鹽芯定位平臺(tái)上；

3、外?；瑝K7通過(guò)下導(dǎo)向定位槽9和側(cè)導(dǎo)向定位槽10鏈接在外模下塊6上，滑塊連接塊8通過(guò)螺釘固定在外?；瑝K7上，在油缸的作用下，外模滑塊7能夠在外模下塊6上滑動(dòng)，外?；瑝K7初始位置處于分開(kāi)狀態(tài)；

4、在外模油缸的作用下，推動(dòng)外模1在鑄造機(jī)工作臺(tái)上滑動(dòng)，使外模1處于合模狀態(tài)；

5、把處理好的鑲環(huán)23固定在鑲環(huán)定位凸臺(tái)11上；

6、在油缸的作用下，推動(dòng)外?；瑝K7，使外?；瑝K7處于合模狀態(tài)，同時(shí)壓鑲環(huán)凸臺(tái)12和鑲環(huán)23的上平面接觸，起到給鑲環(huán)23的上下定位作用；

7、將烘烤好的預(yù)制件24固定在預(yù)制件定位臺(tái)20上；

8、頂模3在油缸的作用下向下運(yùn)動(dòng)并達(dá)到合模狀態(tài)，此時(shí)，頂模3上的機(jī)械鎖模裝置17和外模滑塊7上的鎖模斜面13配合接觸起到鎖模作用；

9、在澆口杯21處澆入高溫鋁液，鋁液充滿整個(gè)密閉型腔；

10、澆道串水冷卻通道27內(nèi)通入冷卻水進(jìn)行冷卻；

11、在模具型腔澆入高溫鋁液10-15秒后，在高壓空氣進(jìn)口19通入壓力為5MPa～15MPa的高壓氣體；

12、高溫鋁液在壓力的作用下快速?zèng)_入預(yù)制件24內(nèi)，同時(shí)預(yù)制件24內(nèi)原有的空氣通過(guò)排氣縫26和排氣槽18排出；

13、持續(xù)一定的加壓時(shí)間，高壓氣體在高壓空氣進(jìn)口19排出，待活塞鑄件凝固完成，開(kāi)模，并用機(jī)械手去下活塞毛坯；

進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)……。