CN103639369B - 一种活塞铸造方法以及活塞铸造模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞铸造方法，将冒口和浇铸***均与活塞头部的圆周侧面连通，采用活塞的内模的开模方向与重力方向垂直的横抽芯浇铸脱模方式。本发明提供的活塞铸造方法的内模开模方向与重力方向垂直，浇铸***和冒口均与活塞模腔的活塞头部连通，则最后凝固的区域位于浇铸***和冒口与活塞头部的圆周侧面相交接的微小区域内，避开了活塞头部的顶面区域（燃烧室区域），加快了活塞头部的顶面的冷却速度，使该区域的晶粒组织细小，因此，在不增加活塞自身重量的前提下，通过改善活塞头部的显微结构，提高了活塞的综合机械性能。本发明还公开了一种基于上述活塞铸造方法的活塞铸造模具。

Description

一种活塞铸造方法以及活塞铸造模具

技术领域

本发明涉及活塞铸造技术领域，特别涉及一种活塞铸造方法。本发明还涉及一种基于上述活塞铸造方法的活塞铸造模具。

背景技术

活塞包括活塞头部和活塞裙部，活塞头部的顶面是活塞燃烧室的组成部分。目前，发动机活塞的活塞毛坯生产普遍采用下抽芯的铸造方法(下抽芯是指：活塞浇铸完成凝固后的开模取件过程，活塞内腔型芯的开模方向与重力方向一致)，对应下抽芯铸造方法的活塞铸造模具所浇铸出的铸型，如图1所示，包括浇口杯01、直浇道02、横浇道03、内浇道04和冒口06等结构，其中，冒口06设置于活塞毛坯的活塞头部05的顶面位置，浇口设置在活塞毛坯的一侧裙部，即侧浇口顶冒口结构。

虽然采用下抽芯的铸造方法和对应的活塞铸造模具能够进行活塞的批量生产，但是由于冒口06设置在活塞毛坯的活塞头部05的顶面中心位置，使得活塞头部05的顶面中心区域厚大，加之无法实现对该区域的模具强冷，使得活塞头部05冷却缓慢，形成的晶粒组织出大，尤其是活塞头部顶面中心位置的承受高温高爆发压力的活塞燃烧室区域，从而影响活塞的机械性能及耐热疲劳性能，因此，采用此活塞铸造模具得到的活塞不能满足更高功率密度、爆发压力的高性能发动机的需要。

综上所述，如何在不增加活塞自身重量的前提下，提高活塞的综合机械性能，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种活塞铸造方法，在不增加活塞自身重量的前提下，提高活塞的综合机械性能。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述活塞铸造方法的活塞铸造模具。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种活塞铸造方法，将冒口和浇铸***均与活塞头部的圆周侧面连通，采用内模的开模方向与重力方向垂直的横抽芯浇铸脱模方式。

优选地，上述活塞铸造方法中，在凝固的过程中，向模盖的外端面的中部位置通水，对活塞头部的顶面进行冷却。

优选地，上述活塞铸造方法中，所述浇铸***采用底注式，从活塞模腔的底部开始浇铸，通过冒口进行补缩。

本发明还提供了一种活塞铸造模具，基于上述任一项所述的活塞铸造方法，包括左外模、右外模、模盖和内模，所述左外模、所述右外模、所述模盖和所述内模组合围成活塞浇铸型腔，所述活塞浇铸型腔包括浇铸***、冒口和活塞模腔，所述活塞模腔的中心线横置；所述浇铸***和所述冒口均与所述活塞模腔的活塞头部的圆周侧面连通。

优选地，上述活塞铸造模具中，模盖的外端面上设置有水冷室。

优选地，上述活塞铸造模具中，所述冒口竖直朝上设置在所述活塞头部的圆周侧面的上侧且相对于所述左外模和所述右外模的左右分型面对称。

优选地，上述活塞铸造模具中，所述浇铸***包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道；所述直浇道连通所述浇口杯和所述横浇道，所述内浇道分别连通所述横浇道和所述活塞头部的圆周侧面。

优选地，上述活塞铸造模具中，内浇道连接于所述活塞头部的圆周侧面的下侧。

优选地，上述活塞铸造模具中，所述浇铸***和所述冒口的分型面在同一平面内，且均为由所述模盖与所述左外模、所述右外模构成的模盖分型面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的活塞铸造方法采用横抽芯浇铸脱模方式，即内模的开模方向与重力方向垂直，且浇铸***和冒口均与活塞头部的圆周侧面连通，则最后凝固的浇铸***和冒口位于活塞毛坯的圆周侧面的一定微小区域内，避开了活塞头部的顶面中心区域，加快了活塞头部的顶面的冷却速度，得到的晶粒组织比现有的下抽芯浇铸方法得到的晶粒组织细小，不需要增加自身重量，改善了活塞燃烧室区域的机械性能，进而提高了活塞的综合机械性能。

本发明提供的基于活塞铸造方法的活塞铸造模具所形成的活塞模腔的中心线横置，即内模的脱模方向与重力方向垂直，浇铸***和冒口均与活塞模腔的活塞头部的圆周侧面连通，则最后凝固区域分别在浇铸***和冒口与活塞毛坯头部的圆周侧面相交接的一定微小区域内，避开了活塞头部的顶面中心区域(即燃烧室区域)，使活塞头部的顶面的冷却速度加快，晶粒组织细小，因此，在不增加活塞自身重量的前提下，通过改善活塞头部的顶面晶粒结构，提高了活塞头部的机械性能，进而提高了活塞的综合机械性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为现有技术采用的一种活塞铸造模具浇铸出来的铸型结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的拆分结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的活塞浇铸型腔浇铸后的铸型结构图；

图4为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的模盖内端面的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的模盖外端面的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的左外模或右外模的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的内模结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的模座结构示意图。

上述图1-图7中，浇口杯01、直浇道02、横浇道03、内浇道04、活塞头部05、冒口06；

左外模1、右外模2、模盖3、水冷室31、内模4、模座5、活塞浇铸型腔6、浇口杯61、直浇道62、横浇道63、内浇道64、活塞模腔65、活塞头部651、冒口66、模盖分型面A、左右分型面B、模盖脱模方向d、内模脱模方向h、左右外模脱模方向z、重力方向v。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种活塞铸造方法，在不增加活塞自身重量的前提下，提高了活塞的综合机械性能。

本发明的另一核心是提供了一种基于上述活塞铸造方法的活塞铸造模具，实现了在不增加活塞自身重量的前提下，提高活塞的综合机械性能的目的。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2-图8，图2为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的拆分结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的活塞浇铸型腔浇铸后的铸型结构图；图4为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的模盖结构示意图；图5为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的模盖外端面的结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的左外模或右外模的结构示意图；图7为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的内模结构示意图；图8为本发明实施例提供的一种活塞铸造模具的模座结构示意图。

本发明实施例提供了一种活塞铸造方法，将冒口66和浇铸***均与活塞头部651的圆周侧面连通，采用内模4的开模方向与重力方向垂直的横抽芯浇铸脱模方式，横抽芯浇铸脱模方式使得活塞凝固成型后的轴线与重力方向垂直，开模时，需要对内模4进行横向脱模。

上述活塞铸造方法使得最后凝固的区域位于浇铸***和冒口66与活塞头部651的圆周侧面相交接的微小区域内，避开了活塞头部651的顶面中心区域(即活塞燃烧室区域)，该区域由于没有冒口66，所以厚度比现有技术中的冷却厚度薄，则冷却速度加快，得到的晶粒组织细小，因此，不需要增加活塞自身的重量，通过改善活塞头部的显微结构便可以提高活塞头部651的顶面的机械性能，能够承受更高功率密度和爆发压力，进而提高了活塞的综合机械性能。

进一步地，本实施例中的活塞铸造方法，在凝固的过程中，向模盖3的外端面的中部位置通水，对活塞头部651的顶面进行冷却。通过加强模盖3中部位置的冷却强度，进一步加快活塞头部的冷却速度，尤其是加快了活塞头部651的顶面中心区域的冷却速度，使该处的晶粒组织更加优化，机械性能更好。

更进一步地，本实施例中的活塞铸造方法的浇铸***采用底注式，从活塞模腔65的底部开始浇铸，通过冒口66进行补缩。采用底注式使浇铸液从活塞模腔65底部逐渐注满活塞模腔65，通过冒口66对活塞头部651和活塞裙部进行补缩，使浇铸更平稳，提高浇铸质量。

本发明实施例还提供了一种活塞铸造模具，基于上述全部实施例和技术方案所描述的活塞铸造方法，活塞铸造模具包括左外模1、右外模2、模盖3、内模4和模座5，左外模1和右外模2结构相同且对称拼接，模盖3上开设有浇铸***、冒口66和活塞顶部652，模盖3与左外模1和右外模2的一端拼接，模座5与左外模1和右外模2的另一端拼接，内模4穿过模座5，定位在模座5上，上述各部分组合后围成了活塞浇铸型腔6，为了便于观察活塞浇铸型腔6的结构，本发明实施例提供了活塞浇铸型腔浇铸后的铸型图，如图3所示，活塞浇铸型腔6包括浇铸***、冒口66和活塞模腔65，活塞模腔65的中心线横置，即内模脱模方向h为横向脱模，与重力方向垂直，浇铸***和冒口66均与活塞模腔65的活塞头部651的圆周侧面连通，活塞分为活塞头部和活塞裙部，活塞头部651中心区域为燃烧室组成部分，活塞模腔65的活塞头部651对应活塞的活塞头部。

上述活塞铸造模具的浇铸原理是：向活塞浇铸型腔的浇铸***中浇铸，直至液体到达冒口66位置，待液体冷却凝固后，将左外模1、右外模2按照图3中的左右脱模方向z进行脱模，即沿水平方向左右脱模，模盖3和内模4分别按照图3中的模盖脱模方向d和内模脱模方向h进行脱模，即沿水平方向前后脱模，内模脱模方向h与重力方向v垂直，即横抽芯方式，得到如图3所示的活塞浇铸型腔浇铸后的铸型结构，从图中可以看出，浇铸***和冒口66位于活塞头部651的圆周侧面的一定区域，没有设置在活塞头部651的顶面上，而是避开了活塞头部651的顶面(即燃烧室区域)，所以采用本发明的活塞铸造模具得到的活塞毛坯的活塞头部651的顶面的冷却速度加快，使得活塞头部651的顶面晶粒组织更加细小，提高了活塞头部651的顶面的机械性能，使其能够承受更高功率密度和爆发压力，从而在不增加活塞自身重量的前提下，提高了活塞的综合机械性能。

对活塞铸造模具进行优化，如图5所示，本实施例中的模盖3的外端面的中心位置开设有水冷室31，用于进一步加快冷却活塞头部651，通过增强模盖3中部的通水冷却强度，加快了活塞头部651的冷却速度，从而细化活塞头部651的晶粒组织，尤其是明显细化了活塞头部651的顶面中心位置的活塞燃烧室区域的晶粒组织，通过很大程度地改善活塞头部651的顶面的晶粒组织结构，在不增加活塞自身重量的前提下，提高了活塞的综合机械性能，满足更高要求的发动机的使用。

进一步优化，如图3所示，本实施例中的冒口66竖直朝上设置在活塞头部651的圆周侧面的上侧，并且冒口66相对于左外模1和右外模2的左右分型面B对称设置。这样的冒口结构简单，为直线结构，缩短了冒口66与活塞模腔65的连通距离。当然，冒口66还可以与活塞头部65的圆周侧面的左侧面或右侧面连通，冒口66端部朝上，且为曲折结构，只要满足冒口66设置在活塞头部651的圆周侧面上即可，优选地设置在活塞头部651的圆周侧面的上部，更有利于补缩，冒口66可部分成型到左、右外模上。

对浇铸***进行优化，本实施例中的浇铸***包括浇口杯61、直浇道62、横浇道63和内浇道64，直浇道62分别连通浇口杯61和横浇道63，内浇道64分别连通横浇道63和活塞头部651，直浇道62竖直设置，横浇道63横置，浇铸时，浇铸液依次经过浇口杯61、直浇道62、横浇道63和内浇道64，进入活塞模腔65。浇铸***采用这种结构是为了缓冲合金液铸型速率，保证浇铸平稳，避免金属液飞溅，减少卷气卷渣。当然，浇铸***还可以采用其它结构，比如，浇口杯61通过倾斜的浇道直接与活塞头部651的圆周侧面连通，同样能够满足浇铸需求，只要使浇铸***与活塞头部651连接即可。

更进一步地，本实施例中的内浇道64连接于活塞头部651的圆周侧面的下侧，采用底注式浇铸方式，使浇铸液从活塞模腔65底部逐渐注满活塞模腔65，通过冒口66对活塞头部651和活塞裙部进行补缩，使浇铸更平稳，提高浇铸质量。除此之外，内浇道64还可以连接在活塞头部651的圆周侧面的左侧面或右侧面，只要使浇铸***与活塞头部651的圆周侧面连接即可，使最后凝结区域位于活塞头部651的圆周侧面是微小区域内。

本实施例中，浇铸***和冒口66的分型面位于同一平面内，即竖直面，且浇铸***和冒口66的分型面均为模盖分型面A，模盖分型面A由模盖3与左外模1和右外模2接触形成。这样浇铸***和冒口66的分型面简洁，容易加工，脱模方便。当然，浇铸***和冒口66的分型面还可以不在同一竖直面内，即模盖3与左外模1和右外模2形成的模盖分型面A不是单一平面，冒口66可部分成型到左、右外模上，根据实际脱模需要，设置分型面。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。

Claims (7)

1.一种活塞铸造方法，其特征在于，将冒口(66)和浇铸***均设置于活塞头部(651)的圆周侧面区域并与活塞头部(651)的圆周侧面连通，采用活塞的内模(4)的开模方向与重力方向垂直的横抽芯浇铸脱模方式，所述浇铸***包括浇口杯(61)和浇道。

2.根据权利要求1所述的活塞铸造方法，其特征在于，在凝固的过程中，向模盖(3)的外端面的中部位置通水，对活塞头部(651)的顶面进行冷却。

3.根据权利要求1-2任一项所述的活塞铸造方法，其特征在于，所 述浇铸***采用底注式，从活塞模腔(65)的底部开始浇铸，通过冒口(66)进行补缩。

4.一种活塞铸造模具，基于权利要求1-3任一项所述的活塞铸造方法，包括左外模(1)、右外模(2)、模盖(3)和内模(4)，所述左外模(1)、所述右外模(2)、所述模盖(3)和所述内模(4)组合围成活塞浇铸型腔(6)，所述活塞浇铸型腔(6)包括浇铸***、冒口(66)和活塞模腔(65)，其特征在于，所述活塞模腔(65)的中心线横置，所述内模(4)的脱模方向为横向脱模，与重力方向垂直；所述浇铸***和所述冒口(66)均与所述活塞模腔(65)的活塞头部(651)的圆周侧面连通；所述浇铸***和所述冒口(66)的分型面位于同一平面内，且均为由所述模盖(3)与所述左外模(1)、所述右外模(2)构成的模盖分型面A；所述模盖(3)的外端面上设置有水冷室(31)。

5.根据权利要求4所述的活塞铸造模具，其特征在于，所述冒口(66)竖直朝上设置在所述活塞头部(651)的圆周侧面的上侧且相对于所述左外模(1)和所述右外模(2)的左右分型面B对称。

6.根据权利要求4所述的活塞铸造模具，其特征在于，所述浇铸***包括浇口杯(61)、直浇道(62)、横浇道(63)和内浇道(64)；所述直浇道(62)连通所述浇口杯(61)和所述横浇道(63)，所述内浇道(64)分别连通所述横浇道(63)和所述活塞头部(651)的圆周侧面。

7.根据权利要求6所述的活塞铸造模具，其特征在于，所述内浇道(64)连接于所述活塞头部(651)的圆周侧面的下侧。