[发明专利]铝活塞底冒口补缩浇铸工艺

说明书

技术领域

本发明属于一种铝活塞浇铸工艺。

发明内容

汽车活塞被称为发动机的心脏，它是发动机中最重要的零件之一，其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。汽车活塞是个圆桶状，沿纵向分成3个区：裙部、环槽和顶部，其中裙部仅起导向作用，所以壁厚极其细薄；环槽区要切深度为壁厚1/3-1/2的3-4道环槽，其壁厚设计得较厚，通常是裙部壁厚的3-6倍；顶部与销孔座之间是承受高的热负荷和机械负荷的主要部位是活塞壁厚最厚的位置，通常是裙部壁厚的10-15倍。图1是SQR372轿车活塞的结构简图，从中可看出活塞壁厚极不均匀，外形很特殊：带有2个凹面，其中各有一个销孔，顶部有铸造成型的椭圆盆型燃烧室和4个气门坑，因而需要采用1个垂直分型面和2个水平分型面。

在发动机工作时，活塞直接与瞬时温度2200摄氏度的高温气体接触，其顶部温度达300℃-400℃，且温度分布不均匀；在做功行程时活塞顶部承受着很大的气体压力，汽油机达4MPa-5MPa，柴油机高8MPa-9MPa，甚至更高；此外，活塞在气缸内往复运动线速度可达11m/s-16m/s；在这种恶劣的条件下工作，活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。因此活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件，对其具有特殊的要求：密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的高温强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。

由金属型重力铸造发展到低压铸造、挤压铸造，活塞的宏观组织和抗拉强度虽然得到很好改善，但不适用于内腔结构复杂、镶钢片(奥氏体铸铁圈)、内冷油道等高技术含量汽车发动机活塞，于是不得不在金属型重力铸造工艺上进行了一系列的改进：由最早的双侧冒口补缩工艺发展到单侧冒口补缩工艺；由活塞顶部向下的侧冒口补缩工艺发展到活塞顶部向上的顶冒口补缩机械下抽芯铸造工艺。经过这一系列的演变活塞的宏观组织得到很大提高，但需要投入大量资金购置下抽芯铝活塞铸造机、模具制造难度也增加了许多、对顶部铸造成型的活塞不易保证尺寸精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝活塞底冒口补缩浇铸工艺，通过在铝活塞的底部增加冒口，使铝活塞的组织致密，抗拉强度大大提高。

本发明的技术方案如下：

铝活塞底冒口补缩浇铸工艺，具有铝活塞浇铸金属型，金属型内有相互联通的铝液侧浇道及与铝活塞形状匹配的模腔，模腔底部对应的铸浇体为铝活塞的环槽区，其特征在于在铝活塞浇铸模具的模腔底部设置补缩用冒口，所述的冒口处安装保温透气的冒口套，大气能通过所述的冒口套进入模腔内；然后，将金属型进行预热至150℃-250℃，在金属型的工作面喷刷涂料；再通过铝液侧浇道向模腔内浇铸700℃-730℃铝液，同时向对金属型环壁进行水冷，水冷温度控制在40℃-60℃；当冒口处铝液基本凝固完毕，即可脱型。

所述的冒口为倒锥形凸台形状，高度15-25mm，底部外径为20-30mm。

铝活塞铸件的快速凝固和底冒口的有效保温是本发明的两大核心技术：铸件从外(与金属型接触面)向内凝固结壳和外界大气隔绝才能在铸件厚大部位内产生真空。本发明对特别厚大的部位采取局部通水强冷，从而保证了整个铸件实现从上到下的顺序凝固。位于铝活塞铸件下方的冒口采用多孔海绵状耐火材料制成的，具有保温性能好、透气性强的特点，保证了冒口内的铝液和大气的连通，是底冒口补缩的动力源。冒口补缩距离要小于15mm、冒口高度要小于25mm。

本发明冒口位于铝活塞要补缩的厚大部位下面，冒口补缩距离很短，对铝活塞铸件实现快速冷却，对冒口采取有效的保温，人为造成温度梯度很大的温度场，先凝固的铸件由于收缩而在未凝固的冒口颈周围产生局部真空，大气压的作用使下面冒口中未凝固的铝液通过冒口颈压入铸件，从而实现对铸件的类似于低压铸造的加压(大气压)补缩，使铝活塞的组织致密，抗拉强度大大提高。

本发明金属型的排气系统设计主要是通过：冒口排气、分型面排气、以及在复杂的型腔和低凹处开设排气孔。

金属型的壁厚对铸件的凝固速度、铸型的寿命及铸造生产率都有直接的影响。本发明是根据经验数据来确定的，如下表：

铝活塞铸件金属型的壁厚mm