一种铝合金活塞毛坯的差压铸造模具及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大马力发动机的铝合金活塞制造技术领域，具体指一种铝合金活塞毛坯的差压铸造模具，本发明还涉及使用上述模具的铝合金活塞毛坯的差压铸造方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内外发动机的铝合金活塞主要采用金属型铸造、挤压铸造、低压铸造和锻造工艺成形。其中，大马力发动机的铝合金活塞主要采用金属型铸造和低压铸造工艺成形。
[0003]然而，金属型铸造工艺的浇冒口系统重量较大，存在金属材料利用率低、铸件内部易形成缩孔或存在疏松等缺陷；而低压铸造工艺是通过作用在铝合金液上的压力控制浇注速度，存在铝合金液充型平稳性差、易发生紊流现象等问题。为了克服上述问题，目前，国外已经开始采用差压铸造工艺制造铝合金活塞，但迄今为止，采用差压铸造工艺制造的铝合金活塞的内部结构相对简单，对于带有内冷油道和高镍铸铁镶环的铝合金活塞，尚未见到采用差压铸造工艺制造的相关报导。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种铝合金活塞毛坯的差压铸造模具，该模具能制造带有内冷油道和高镍铸铁镶环的铝合金活塞。
[0005]本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种采用上述模具的铝合金活塞毛坯的差压铸造方法，该方法能有效利用金属材料，避免铸件内部形成缩孔或存在疏松的问题，且铝合金液的充型平稳性好。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种铝合金活塞毛坯的差压铸造模具，其特征在于包括:
[0007]工作台，中部开设有第一通孔；
[0008]坩祸，设置于所述工作台的下方，具有与所述第一通孔相连通的上端口，该坩祸的侧部开有第一进气咀；
[0009]第一连板，设置于所述工作台上方，中部开设有与所述第一通孔相对应的第二通孔，且该第一连板的上端面上围绕第二通孔开设有一卡槽；
[0010]升液管，下端穿过所述第一通孔、第二通孔伸入坩祸中，上端卡设于所述第一连板的卡槽内；
[0011]燃烧室凸块，设置于所述第一连板的上方且中部开有与第二通孔相对应的第三通孔；
[0012]底模，设置于所述工作台上并将第一连板、燃烧室凸块包围其中，该底模内周的下部形成有与第一连板、燃烧室凸块的外周紧配连接的第一台阶，该底模内周的上端形成有用于放置高镍铸铁镶环的第二台阶；
[0013]铸型壁，设置于所述工作台上并将底模包围其中，该铸型壁内周的下部形成有与所述底模紧配连接并能防止高镍铸铁镶环上浮的第三台阶；
[0014]密封罩，设置于所述铸型壁外周的工作台上且上端与铸型壁的上端相齐平，该密封罩的内周与所述铸型壁的外周之间形成有一间隙腔，该密封罩的两侧分别开有第二进气咀、出气咀；
[0015]第二连板，设置于所述铸型壁、密封罩的上方；
[0016]活塞内腔凸块，设置于所述第二连板的下方并位于铸型壁内；以及
[0017]可溶盐芯，成型为环状并围绕所述活塞内腔凸块的外周布置，上端通过纵向布置的连杆固定在所述活塞内腔凸块上；
[0018]所述铸型壁与第二连板、活塞内腔凸块、底模、燃烧室凸块共同围合形成铸型腔。
[0019]作为本发明的进一步改进，还包括过滤网，该过滤网设于所述第一连板的卡槽内，且该过滤网的上、下端面分别与燃烧室凸块的下端面及升液管的上端面相贴合。设置该过滤网可以有效地阻止坩祸内铝合金液中的夹杂进入铸型腔内。
[0020]作为优选，所述铸型壁包括能相互对合的左铸型壁及右铸型壁，且左铸型壁、右铸型壁的外周分别设置有便于将左铸型壁、右铸型壁打开或合拢的拉环。所述的密封罩包括能相互对合的上密封罩及下密封罩，所述第二进气咀开设于上密封罩上，所述出气咀开设于下密封罩上。采用上述结构，为模具的拆装提供了便利。
[0021]在上述各方案中，所述连杆的上端脱卸式连接在活塞内腔凸块上，所述可溶盐芯设置于连杆的下端。
[0022]为了便于移动第二连板，所述模具还包括能带动第二连板上下移动的上滑块，所述第二连板设于上滑块的下端。
[0023]所述上密封罩的下端面与下密封罩的上端面之间设置有一密封垫。该结构是为了提高模具的密封性。
[0024]一种应用有上述模具的铝合金活塞毛坯的差压铸造方法，其特征在于包括以下步骤:
[0025](I)向坩祸中注入铝合金液，并对模具进行组装；
[0026](2)分别打开第一进气咀及第二进气咀，调节铸型腔、间隙腔内的压力至0.6?0.8MPa ;将坩祸中的铝合金液加热至650?680 °C，对模具进行预热使铸型腔内的温度为250 ?300。。；
[0027](3)关闭第一进气咀及第二进气咀，打开出气咀，使铸型腔、间隙腔内的压力下降至与坩祸内铝合金液上方形成0.25?0.30MPa的压力差，关闭出气咀；在该压力差下，坩祸内的铝合金液通过升液管充填至铸型腔内；
[0028](4)铸型腔内充满铝合金液后，打开出气咀，使铸型腔、间隙腔内的压力下降至与坩祸内铝合金液上方形成0.4?0.45MPa的压力差。关闭出气咀，铸型腔内的铝合金液在该结晶压力下保压15?20min ；
[0029](5)保压结束后，将活塞内腔凸块移开，成型的铝合金活塞毛坯留在铸型腔内；打开铸型壁，取出铝合金活塞毛坯，将可溶盐芯冲洗去除即可。
[0030]作为优选，步骤⑵中调节所述铸型腔、间隙腔内的压力至0.6MPa。
[0031]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0032](I)与低压铸造工艺相比，本发明采用差压铸造工艺制造带有内冷油道和高镍铸铁镶环的铝合金活塞毛坯，通过设置合理的工艺参数，实现了“低速充型”和“压力结晶”相结合，避免了紊流现象的发生，有效提高了铝合金液充型平稳性，也使铸件的抗拉强度(Rm)、伸长率㈧分别提高了 20%、35%以上；
[0033](2)与金属型铸造工艺相比，本发明的模具采用燃烧室朝下、活塞内腔朝上的结构，实现了 “自上而下”的凝固顺序，且铸型腔中的铝合金液在0.4?0.45MPa压力差下成形、凝固，提高了金属材料的利用率，避免了铸件内部易形成缩孔或存在疏松的缺陷，有效提高了铸件的内部质量；
[0034](3)本发明的模具在底模内周的上端设置用于放置高镍铸铁镶环的第二台阶，初步保证了高镍铸铁镶环的定位精度，而利用铸型壁内侧的第三台阶将高镍铸铁镶环压住，可以防止高镍铸铁镶环在铝合金液充型过程中上浮，进一步确保了高镍铸铁镶环的定位精度。
【附图说明】
[0035]图1为本发明实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0037]如图1所示，本发明的铝合金活塞毛坯的差压铸造模具包括工作台1、坩祸2、第一连板3、升液管4、燃烧室凸块5、底模6、铸型壁、密封罩、第二连板9、活塞内腔凸块10及可溶盐芯11。
[0038]工作台I的中部开设有第一通孔，坩祸2设置于工作台I的下方，坩祸2的顶部具有与工作台I的第一通孔相连通的上端口，坩祸2的侧部开有第一进气咀21。第一连板3设置于工作台I的上方，第一连板3的中部开设有与工作台I的第一通孔相对应的第二通孔，且第一连板3的上端面上围绕第二通孔开设有一卡槽31 ;升液管4的下端穿过第一通孔、第二通孔伸入坩祸2中，升液管4的上端卡设于第一连板3的卡槽31内；燃烧室凸块5设置于第一连板3的上方且中部开有与第二通孔相对应的第三通孔51。卡槽31还设置有一过滤网310，该过滤网310的上、下端面分别与燃烧室凸块5的下端面及升液管4的上端面相贴合。
[0039]底模6设置于工作台I上并将第一连板3、燃烧室凸块5包围其中，底模6内周的下部形成有与第一连板3、燃烧室凸块5的外周紧配连接的第一台阶61，底模6内周的上端形成有用于放置高镍铸铁镶环100的第二台阶62。铸型壁设置于工作台I上并将底模6包围其中，铸型壁内周的下部形成有与底模6紧配连接并能防止高镍铸铁镶环100上浮的第三台阶71 ;本实施例中的铸型壁包括能相互对合的左铸型壁72及右铸型壁73，且左铸型壁72、右铸型壁73的外周分别设置有便于将左铸型壁72、右铸型壁73打开或合拢的拉环700。
[0040]密封罩设置于铸型壁外周的工作台I上，密封罩的上端与铸型壁的上端相齐平，密封罩的内周与铸型壁的外周之间形成有一间隙腔80，密封罩的两侧分别开有第二进气咀81、出气咀82 ;本实施例中的密封罩包括能相互对合的上密封罩83及下密封罩84，第二进气咀81开设于上密封罩83上，出气咀82开设于下密封罩84上；上密封罩83的下端面与下密封罩84的上端面之间设置有一密封垫，以提高模具的密封性。第二连板9设置于铸型壁、密封罩的上方；活塞内腔凸块10设置于第二连板9的下方并位于铸型壁内。可溶盐芯11成型为环状并围绕活塞内腔凸块10的外周布置，可溶盐芯11的上端通过纵向布置的连杆101固定在活塞内腔凸块10上。为了便于更换可溶盐芯11，连杆101的上端脱卸式连接在活塞内腔凸块10上，可溶盐芯11设置于连杆101的下端。
[0041]铸型壁与第二连板9、活塞内腔凸块10、底模6、燃烧室凸块5共同围合形成铸型腔200。为了便于移动第二连板9，第二连板9设置在上滑块300上，移动上滑块300可以带动第二连板9移动。
[0042]上述模具的组装步骤如下: