專利名稱：改善活塞頭部金相組織的活塞鑄造模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鑄造選用模具，特別是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞頭模具制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
普通活塞鑄造毛坯絕大部分采用上抽芯重力鑄造，活塞成形外?？刹捎秒p側(cè)冒口 結(jié)構(gòu)和單側(cè)冒口結(jié)構(gòu)這兩種結(jié)構(gòu)形狀，由于使用雙側(cè)冒口結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的零件，其原材料成本 較高，因而目前活塞成形外模普遍采用單側(cè)冒口結(jié)構(gòu)，其單側(cè)冒口位置通常設(shè)計(jì)在活塞本 體熱節(jié)圓大的一邊，以利于保溫冒口對(duì)活塞毛坯的補(bǔ)縮；活塞成形底模采用帶排氣孔結(jié)構(gòu) 同時(shí)用水強(qiáng)制冷卻，但其冷卻距離比較長，達(dá)16 20mm，冷卻效果相對(duì)較差。采用以上結(jié) 構(gòu)，活塞金相組織普遍在2-3級(jí)，頭部初晶硅在20-30微米；補(bǔ)縮時(shí)間較長，工人停頓時(shí)間較 多，生產(chǎn)效率普遍不高；活塞毛坯脫模后整體溫度均勻性較差，采用鑄淬后活塞整體硬度差 較大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種改善活塞頭部金相組織的活塞鑄造模具，以保證活 塞頭部質(zhì)量、提高鑄造生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。本新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種改善活塞頭部金相組織的活塞鑄造模具，主要 由內(nèi)模、底模和外模組成，底模上冷卻水腔的傳熱部位壁厚減小至6mm ；所述外模上澆冒口 的長度 H 和寬度 B 分別減少 8 12mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108、 LR108-1系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度H和寬度B在改前的尺寸分別為50mm、55mm、53mm、48mm、 55mm、55mm 以及 48mm、54mm、52mm、48mm、48mm、54mm、54mm0上述外模后部無補(bǔ)縫冒口一側(cè)的長度L2增加10 12mm，外模后部的寬度D增加 5 8mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108、LR108-1 系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該 長度L2在改前的尺寸分別為180mm、195mm、190mm、176mm、176mm、195mm、195mm,該寬度D在 改前的尺寸分別為 80mm、85mm、82mm、78mm、78mm、85mm、85mm。上述外模前部的長度Ll減少18 22_，對(duì)應(yīng)于495T、YC6108G、LR105、N485、 N485AW、RCB108, LR108-1系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度Ll在改前的尺寸分別為95mm、105mm、 102mm、92mm、92mm、105mm、105mmo與現(xiàn)有技術(shù)相比，本新型的有益效果是1、改變以往活塞燃燒室長軸方向偏心在后的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，將活塞燃燒室長軸方向偏 心在前，使得活塞冒口方向的熱節(jié)圓進(jìn)一步縮小，為減小保溫冒口提供了可能，并縮短了補(bǔ) 縮時(shí)間，同時(shí)改變以往單側(cè)冒口結(jié)構(gòu)活塞頭部長軸方向前后溫差較大，采用鑄淬和時(shí)效后 活塞頭部前后硬度差較大的問題；使之同一活塞頭部前后硬度差減小到5個(gè)HB以內(nèi)。2、上抽芯活塞鑄造模具中活塞成形底模取消排氣釘及排氣孔，使得活塞成形底模 冷卻水腔可以更接近活塞頭部，提高活塞毛坯頭部冷卻效果，改善頭部金相組織和提高冒 口的補(bǔ)縮效率，從而減小活塞冒口，提高材料利用率。[0010]3、改進(jìn)活塞鑄造模具中活塞成形外模的結(jié)構(gòu)，使得澆冒系統(tǒng)更加靠近活塞毛坯本 體，減少活塞沖型時(shí)間，降低鋁液在沖型過程中的熱量損失；同時(shí)增大活塞成形外模后部 (無補(bǔ)縮冒口 -側(cè))的模具厚度，以加強(qiáng)活塞成形外模后部的快速冷卻，使得仍然滿足活塞 毛坯鑄造成形過程符合順序凝固的鑄造工藝原理，保證活塞的內(nèi)在質(zhì)量。4、產(chǎn)品質(zhì)量得到提高將本工藝技術(shù)運(yùn)用到Y(jié)C6108G活塞、LR105活塞、N485活塞、N485AW活塞、RCB108 活塞、LR108-1活塞等活塞品種上，(見工藝工裝模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表)，其效果均能達(dá)到細(xì)化 活塞金相組織，達(dá)到1-2級(jí)，頭部初晶硅細(xì)化到10-20微米；采用鑄淬工藝，同一活塞頭部前 后硬度差減小到5個(gè)HB以內(nèi)。5、降低生產(chǎn)成本、提高活塞生產(chǎn)效率縮短補(bǔ)縮時(shí)間，鑄造效率提高15%以上；減小冒口，減少單個(gè)活塞毛坯鋁液用量， 提高鋁液利用率，降低生產(chǎn)成本。

圖1-1和圖1-2分別是改進(jìn)前活塞毛坯結(jié)構(gòu)的主視圖和K向視圖；圖2-1和圖2-2分別是本新型活塞毛坯結(jié)構(gòu)的主視圖和K向視圖；圖3是改進(jìn)前常規(guī)活塞成形底模結(jié)構(gòu)圖；圖4是本新型的活塞成形底模結(jié)構(gòu)圖；圖5是改進(jìn)前活塞成形外模結(jié)構(gòu)圖；圖6是本新型活塞成形外模結(jié)構(gòu)圖；圖7-1和圖7-2分別是495T活塞改進(jìn)前與改進(jìn)后的活塞頭部金相對(duì)比(100倍) 圖；圖8-1和圖8-2分別是495T活塞改進(jìn)前與改進(jìn)后的燃燒室到內(nèi)頂金相對(duì)比(100 倍)圖。
具體實(shí)施方式
一種改善活塞頭部金相組織的活塞鑄造模具，主要由內(nèi)模、底模和外模組成，底 模上冷卻水腔的傳熱部位壁厚減小至6mm ；外模上澆冒口的長度H和寬度B分別減少8 12mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108, LR108-1 系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該 長度H和寬度B在改前的尺寸分別為50mm、55mm、53mm、48mm、55mm、55mm以及48mm、54mm、 5 2mm、48mm、48mm、5 4mm、5 4mm ο外模后部無補(bǔ)縫冒口一側(cè)的長度L2增加10 12mm，外模后部的寬度D增加5 8mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108、LR108-1 系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度 L2在改前的尺寸分別為180mm、195mm、190mm、176mm、176mm、195mm、195mm,該寬度D在改前 的尺寸分別為 80mm、85mm、82mm、78mm、78mm、85mm、85mm。外模前部的長度Ll 減少 18 22mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、 RCB108, LR108-1系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度Ll在改前的尺寸分別為95mm、105mm、102mm、 92mm、92mm、105mm、105mmo本工藝技術(shù)具體在共晶Al-Si合金活塞上實(shí)施，具體品種為495T ；
4[0027]為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，需對(duì)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，過程如下1、工裝模具設(shè)計(jì)根據(jù)本工藝技術(shù)內(nèi)容、原理及效果分析進(jìn)行工裝模具設(shè)計(jì)。a)、改變以往活塞燃燒室長軸方向偏心在后的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，將活塞燃燒室長軸方向 偏心在前，使得活塞冒口方向的熱節(jié)圓直徑縮小5 7mm，對(duì)應(yīng)于495T、YC6108G、LR105、 N485、N485AW、RCB108, LR108-1系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該直徑在改前的尺寸分別為30mm、35mm、 31mm、27. 5mm、27. 5mm,33. 5mm、33. 5mm ；為減小保溫冒口提供了可能，并縮短了補(bǔ)縮時(shí)間，同 時(shí)改變以往單側(cè)冒口結(jié)構(gòu)活塞頭部長軸方向前后溫差較大，采用鑄淬和時(shí)效后活塞頭部前 后硬度差較大的問題；b)、上抽芯活塞鑄造模具中活塞成形底模取消排氣釘及排氣孔，同時(shí)，將底模上冷 卻水腔傳熱部位減小至6mm壁厚，使得活塞成形底模冷卻水腔可以更接近活塞頭部，提高 活塞毛坯頭部冷卻效果，改善頭部金相組織和提高冒口的補(bǔ)縮效率，從而減小活塞冒口，提 高材料利用率；C)、改進(jìn)活塞鑄造模具中活塞成形外模的結(jié)構(gòu)外模上澆冒口 2的長度H和寬度B 分別減少 8 12mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108, LR108-1 系列發(fā) 動(dòng)機(jī)活塞，該長度H和寬度B在改前的尺寸分別為50mm、55mm、53mm、48mm、55mm、55mm以及 48mm、54mm、52mm、48mm、48mm、54mm、54mm ；外模后部無補(bǔ)縫冒口一側(cè)的長度L2增加10 12mm，外模后部的寬度D增加5 8mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108、LR108-1 系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度 L2在改前的尺寸分別為180mm、195mm、190mm、176mm、176mm、195mm、195mm,該寬度D在改前 的尺寸分別為 80mm、85mm、82mm、78mm、78mm、85mm、85mm ；外模前部的長度Ll 減少 18 22mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、 RCB108, LR108-1系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度Ll在改前的尺寸分別為95mm、105mm、102mm、 92mm、92mm、105mm、105mm ；使得澆冒系統(tǒng)更加靠近活塞毛坯本體，減少活塞沖型時(shí)間，降低鋁液在沖型過程 中的熱量損失；增大活塞成形外模后部無補(bǔ)縮冒口一側(cè)的模具厚度(即長度)，以加強(qiáng)活塞 成形外模后部的快速冷卻，使得仍然滿足活塞毛坯鑄造成形過程符合順序凝固的鑄造工藝 原理，保證活塞的內(nèi)在質(zhì)量；2、工裝模具加工監(jiān)控工裝模具加工與圖紙資料的符合性及其加工精度和配合精度。3、鋁液熔煉準(zhǔn)備監(jiān)控合金熔煉、加料熔煉、現(xiàn)場熔煉的工藝過程符合性及Al-Si 合金溶液材料成分檢測。4、工裝模具裝配及調(diào)試監(jiān)控工裝模具清理、保溫冒口涂料、與澆注機(jī)的裝配過程 及裝配精度、工裝模具的預(yù)熱及成形部分的噴涂料、活塞毛坯檢測等。5、現(xiàn)場生產(chǎn)澆注監(jiān)控活塞現(xiàn)場生產(chǎn)過程中各工藝參數(shù)及活塞外觀。在監(jiān)控中發(fā) 現(xiàn)采用無排氣孔(排氣釘)活塞成形底模結(jié)構(gòu)，沒有出現(xiàn)由于沒有氣孔造成的燃燒室中心 定位孔成型不好等情形；在鋁活塞澆注工藝參數(shù)不變的情況下，采用紅外線測溫儀對(duì)比活 塞毛坯澆注過程中(模具脫模時(shí)測溫)改進(jìn)后的活塞成形底模溫度比改進(jìn)前的活塞成形底 模溫度降低50度左右；改進(jìn)后的活塞成形外模溫度比改進(jìn)前的活塞成形外模溫度低15度 左右；改進(jìn)后的活塞成形內(nèi)模溫度比改進(jìn)前的活塞成形內(nèi)模溫度低10度左右。這樣改進(jìn)后的模具冷卻效果大大增強(qiáng)，打破了活塞模具正常生產(chǎn)時(shí)的熱平衡，活塞毛坯冷卻過度，使得 不易從活塞成形底模上取下活塞毛坯件。為了解決改進(jìn)后活塞毛坯取模不暢的問題，采用 的措施縮短活塞毛坯鑄造的補(bǔ)縮時(shí)間20 30秒；這樣既保證活塞模具正常生產(chǎn)時(shí)的熱 平衡及活塞毛坯順利取模，又提高了活塞鑄造生產(chǎn)效率。6、活塞毛坯熱處理監(jiān)控?zé)崽幚頎t及其監(jiān)測設(shè)備是否運(yùn)行正常，監(jiān)控活塞熱處理 工藝的符合性。7、活塞質(zhì)量檢測a)、活塞金相組織檢測改進(jìn)后活塞頭部和燃燒室部位金相明顯細(xì)化，活塞頭部金 相達(dá)到1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，初晶硅細(xì)化到10個(gè)微米左右。具體見下圖7和圖8。b)活塞宏觀組織檢測按JB/T6289標(biāo)準(zhǔn)檢測判定為2_2級(jí)。c)活塞外部缺陷檢測活塞外圓、棱槽、頭部、銷孔等部位通過目測或放大鏡檢 測無鑄造缺陷。d)活塞硬度均勻性檢測同一活塞頭部前后硬度差在5個(gè)HB以內(nèi)。8、本工藝技術(shù)批量效果驗(yàn)證a)小批量效果驗(yàn)證確定生產(chǎn)300只495T活塞毛坯進(jìn)行質(zhì)量效果驗(yàn)證，隨機(jī)抽 取活塞毛坯進(jìn)行檢測，其結(jié)果活塞金相組織，為1-2級(jí)，頭部初晶硅細(xì)化為10-20微米；活 塞宏觀組織為2-2級(jí)；試車活塞外圓、棱槽、頭部、銷孔等部位通過目測或放大鏡檢測無鑄 造缺陷；鑄造效率提高15%以上；采用鑄淬工藝，同一活塞頭部前后硬度差減小到5個(gè)HB 以內(nèi)；活塞鑄造廢品率為3%，主要表現(xiàn)為活塞外圓夾渣缺陷；b)大批量效果驗(yàn)證生產(chǎn)4000只495T活塞毛坯進(jìn)行質(zhì)量效果驗(yàn)證，隨機(jī)抽取活 塞毛坯進(jìn)行檢測，其結(jié)果活塞金相組織，為1-2級(jí)，頭部初晶硅細(xì)化為10-20微米；活塞宏 觀組織為2-2級(jí)；試車活塞外圓、棱槽、頭部、銷孔等部位通過目測或放大鏡檢測無鑄造缺 陷；鑄造效率提高15%以上；采用鑄淬工藝，同一活塞頭部前后硬度差減小到5個(gè)HB以內(nèi)； 活塞鑄造廢品率為1.8%，主要表現(xiàn)為活塞外圓夾渣及活塞拉傷缺陷；9、本工藝技術(shù)推廣運(yùn)用將本工藝技術(shù)推廣運(yùn)用到Y(jié)C6108G活塞、LR105活塞、 N485活塞、N485AW活塞、RCB108活塞、LR108-1活塞等活塞品種上，(見工藝工裝模具設(shè)計(jì)數(shù) 據(jù)表)，其效果均能達(dá)到細(xì)化活塞金相組織，達(dá)到1-2級(jí)，頭部初晶硅細(xì)化到10-20微米； 縮短補(bǔ)縮時(shí)間，鑄造效率提高15%以上；減小冒口，減少單個(gè)活塞毛坯鋁液用量，提高鋁液 利用率，降低生產(chǎn)成本；采用鑄淬工藝，同一活塞頭部前后硬度差減小到5個(gè)HB以內(nèi)的這些 目標(biāo)。本工藝技術(shù)工藝工裝模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表(單位mm)
6 本工藝技術(shù)的目的是按以下三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)的a)、改變以往活塞燃燒室長軸方向偏心在后的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，將活塞燃燒室長軸方向 偏心放在冒口側(cè)。圖1-1中直徑Φ的圓以及圖1-2中直徑Φ-10的圓均為活塞熱節(jié)圓，圖 1-1中的B和圖1-2中的B-IO均指冒口寬度。b)、上抽芯活塞鑄造模具中活塞成形底模取消排氣孔(排氣釘)結(jié)構(gòu)，圖3中底模 中部Φ7. 7孔(鉆孔后打入直紋氣釘)為排氣孔。c)、改進(jìn)活塞鑄造模具中活塞成形外模的模具結(jié)構(gòu)。本工藝技術(shù)原理及效果分析a)、改變以往活塞燃燒室長軸方向偏心在后的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，將活塞燃燒室長軸方向 偏心放在冒口側(cè)，減小活塞毛坯冒口方向的熱節(jié)圓大小，為減小冒口提供了可能，并縮短了 補(bǔ)縮時(shí)間，提高活塞毛坯生產(chǎn)的勞動(dòng)生產(chǎn)率；降低活塞頭部長軸方向前后的溫度異差，使得 采用鑄淬和時(shí)效后活塞頭部前后硬度差較小(參見圖1-1、圖1-2和圖2-1、圖2-2)。b)、上抽芯活塞鑄造模具中活塞成形底模取消排氣孔(排氣釘)結(jié)構(gòu)，燃燒室中心 靠近活塞模具進(jìn)鋁水一側(cè)(及冒口部位)，在鋁水形成活塞毛坯中心座時(shí)有一定坡度的緩 沖地帶，使燃燒室中心座內(nèi)的氣體易于排出，保證燃燒室中心座的成形，(若燃燒室中心遠(yuǎn) 離活塞模具進(jìn)鋁水一側(cè)時(shí)，在鋁水形成活塞毛坯中心座時(shí)坡度陡峭，易在燃燒室中心座內(nèi) 卷如氣體，無法保證燃燒室中心座的成形)，在同時(shí)使得活塞成形底模冷卻水腔可以更接近 活塞頭部，提高活塞毛坯頭部冷卻效果，從而改善頭部金相組織和提高活塞冒口的補(bǔ)縮效 率，縮短補(bǔ)縮時(shí)間，提高活塞鑄造生產(chǎn)率(參見圖3和圖4)。c)、改進(jìn)活塞鑄造模具中活塞成形外模的結(jié)構(gòu)，使得澆冒系統(tǒng)(圖5中冒口長度H、 寬度B，圖6中冒口長度H-10，寬度B-10)更加靠近活塞毛坯本體，減少活塞沖型時(shí)間，降低 鋁液在沖型過程中的熱量損失；同時(shí)增大活塞成形外模后部(無補(bǔ)縮冒口一側(cè))的模具厚 度，以加強(qiáng)活塞成形外模后部的快速冷卻，使得仍然滿足活塞毛坯鑄造成形過程符合順序 凝固的鑄造工藝原理，保證活塞的內(nèi)在質(zhì)量(參見見圖5和圖6)。
權(quán)利要求一種改善活塞頭部金相組織的活塞鑄造模具，主要由內(nèi)模、底模和外模組成，其特征是所述底模上冷卻水腔(3)的傳熱部位壁厚減小至6mm；所述外模上澆冒口(2)的長度H和寬度B分別減少8～12mm，對(duì)應(yīng)于495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108、LR108 1系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度H和寬度B在改前的尺寸分別為50mm、55mm、53mm、48mm、55mm、55mm以及48mm、54mm、52mm、48mm、48mm、54mm、54mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述改善活塞頭部金相組織的活塞鑄造模具，其特征是所述外模 后部無補(bǔ)縫冒口一側(cè)的長度L2增加10 12mm，外模后部的寬度D增加5 8mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108, LR108-1 系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度 L2 在改前 的尺寸分別為180mm、195mm、190mm、176mm、176mm、195mm、195mm,該寬度D在改前的尺寸分 別為 80mm、85mm、82mm、78mm、78mm、85mm、85mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述改善活塞頭部金相組織的活塞鑄造模具，其特征是所述外 模前部的長度 Ll 減少 18 22mm，對(duì)應(yīng)于 495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108, LR108-1系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度Ll在改前的尺寸分別為95mm、105mm、102mm、92mm、92mm、 105mm、105mmo
專利摘要一種改善活塞頭部金相組織的活塞鑄造模具，主要由內(nèi)模、底模和外模組成，底模上冷卻水腔的傳熱部位壁厚減小至6mm；外模上澆冒口的長度H和寬度B分別減少8～12mm，對(duì)應(yīng)于495T、YC6108G、LR105、N485、N485AW、RCB108、LR108-1系列發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，該長度H和寬度B在改前的尺寸分別為50mm、55mm、53mm、48mm、55mm、55mm以及48mm、54mm、52mm、48mm、48mm、54mm、54mm。采用本新型可以改善活塞頭金相組織、細(xì)化活塞頭金相組織的1～2級(jí)，提高鑄造效率15％以上。
文檔編號(hào)B22C9/00GK201676998SQ201020204648
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者何光馳, 彭明誠, 文均, 楊慶年, 陳革 申請(qǐng)人:成都銀河動(dòng)力股份有限公司