[发明专利]一种汽油机铝活塞铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽油机铝活塞铸造方法，尤其涉及一种高质量汽油机铝活塞铸造方法。

背景技术

随着汽油发动机技术的不断发展，对于低排放、低的燃油消耗及高的爆发压力提出了越来越高的要求。为了满足以上需求，国外活塞巨头如Mahle、KS等先后进行了轿车活塞铸造新工艺的开发并取得了一定的成功。轿车活塞由于结构复杂，壁厚过渡不均匀，顶面燃烧室大部分都是铸造成型，尤其对于一些爆发压力大、结构特别复杂的活塞，采用普通的重力铸造工艺很难保证活塞的整体质量。铸造过程中也无法保证质量的稳定性。通过对我轿车活塞的废品进行分析总结，发现活塞大部分的缺陷都是在壁厚过渡不均匀的部位以及铸造燃烧室部位产生。尽管模具上进行了排气孔的设计，但在实际生产过程中的无法得到有效的控制。为此，开发一种铸造新工艺来解决此问题已经迫在眉捷。

发明内容

本发明所要为了解决目前轿车活塞由于结构复杂，壁厚过渡不均匀，顶面复杂铸造燃烧室，尤其对于一些爆发压力大、结构特别复杂的活塞，采用普通的重力铸造工艺很难保证活塞的整体质量，铸造过程中也无法保证质量的稳定性、一致性的问题，提供一种能适用于各种复杂结构的高爆发压力、高强度、高性能的汽油机铝活塞的铸造生产技术，并进一步提高活塞的铸造质量的铸造方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：在传统的铸造工艺基础上，结合铝活塞铸造顺序凝固理论，提出了本发明铸造新工艺。该新工艺主要运用MAGMAsoft铸造凝固模拟软件对模具结构及铸造工艺进行优化设计，通过浇注过程的惰性气体保护、低压铸造及粉末冶金新模具材料的应用，确保了模具、工艺的合理性以及浇注、凝固过程的稳定性、可靠性，进一步提高了活塞的内部及外观质量，适应了发动机活塞恶劣的工作条件。

本发明的汽油机铝活塞铸造方法，在传统重力铸造方法的基础上，还包括如下步骤：

（1）采用透气性好的粉末冶金材料加工模具；

（2）通过MAGMAsoft凝固模拟分析软件对模具结构及铸造工艺进行优化模拟；

（3）在模具合模后、浇注前对模具型腔充填惰性气体；

（4）在活塞凝固阶段对铝液进行气体加压。

作为本发明的进一步改进，外模上设有惰性气体进口。

止口圈模具外圆增加迷宫槽。

顶模模具采用了分体式顶模。

为了实现铸造过程的自动化，确保过程的稳定，对铸造机进行了改造，增加了自动浇注机械手、自动惰性气体保护、自动加压等功能，该铸造机能够对模具温度实时进行监测，确保顺序凝固。

本发明的有益效果是能够进一步提高活塞的铸造质量，提供一种能适用于各种复杂结构的高爆发压力、高强度、高性能的汽油机铝活塞。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

根据我近几年新开发的高端汽油机活塞结构特点，最终确定在原来重力铸造工艺的基础上结合HZJ-80全自动铸造机的优点进行工艺开发。

本实施例的汽油机铝活塞铸造方法，使用全自动铸造机，使得活塞从浇注到出模整个过程全部实现自动化，从而确保了铸造过程的稳定性与一致性，提高了生产效率、减轻工人劳动强度，确保整个铸造过程的安全性。另外外模上设有惰性气体进口，保证外界惰性气体顺畅的进入模具型腔。模具包括顶模和外模。止口圈模具外圆增加迷宫槽，有利于惰性气体沿着迷宫槽从模具底部向上逐渐填满模具型腔。顶模模具采用了分体式顶模，保证易损件更换方便，模具加工简单。顶模材料是粉末冶金透气钢。

本实施例的汽油机铝活塞铸造方法，铸造步骤如下：中芯上、大边芯上、外模合、通惰性气体、顶模合、机器人准备舀铝液、准备浇注、惰性气体停、浇注、浇注完毕后开始加压、加压停、冷却过程、开模、机械手取活、清理模具型腔、开始下个循环。

惰性气体的压力为0.2～0.6Mpa，保护时间5～8秒，合模后开始通入惰性气体，通入时间为6秒。低压铸造压力为0.06～0.2Mpa，保压时间为15～25秒，浇注完毕后2～8秒开始加压。

通过MAGMAsoft凝固模拟分析软件对模具结构及铸造工艺进行优化模拟，确保了模具设计及工艺设计的合理性及准确性。提高了产品质量，缩短了模具设计、工艺设计周期，提高了设计、实验成功率。

为保证浇注过程中铝液在模具型腔内流动时不与空气接触而产生氧化物，对模具结构进行改进，增加惰性气体保护系统。即在模具合模后、浇注前对模具型腔进行充填惰性气体，利用惰性气体密度大、不活泼的特点，将模具型腔内的空气排出，然后浇注铝液，从而减少铝液的氧化，提高活塞的内部质量。