活塞浇注系统模具设计及探究

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1、活塞浇注系统模具设计及探究【摘要】活塞作为发动机的主要零部件之一，其加工精度对发动机的排放、油耗、噪声等指标起到了关键性作用。本文通过对活塞结构分析，设计了实际可行的活塞浇注系统，分析了模具的开、合模顺序，为活塞的精确加工奠定了一定的基础。【关键词】活塞；浇注；设计【中图分类号】TG292【文献标识码】A【文章编号】1672—5158(2012)10-0183-011引言随着社会经济的快速发展，汽车已经成为最常见的交通工具之一，发动机是汽车的核心部件之一，直接影响到汽车性能。而活塞是发动机的最重要的零部件之一，活塞的制造精度直接决定汽车的油耗、排放、噪声

2、等性能指标。进入21世纪，人们节能减排意识不断增强，因此对活塞制造技术提出了更高的要求。铝活塞毛坯采用金属模浇注，毛坯精度要求高，能够浇注活塞销孔。浇注系统是铸造过程中最重要的部分之一，对于铸件质量、试模次数、生产效率、寿命等性能参数都有非常重要的影响，浇注系统的合理与否，直接关系到活塞表面质量的好坏。汽车发动机广泛使用铝合金材质活塞。铝合金导热性能好（相对铸铁大4倍左右），但其密度只有铸铁的三分之一左右。因此，铝活塞惯性力小，工作温度较低，温度分布均匀，有利于改善工作条件，可以减少热应力，从而延缓机油变质。国内大部分铝活塞企业采用共晶铝硅合金制造，其含

3、硅量约为12%左右的，为提高其热稳定性和高温时表现的机械性能，成分中外加铜和镰。铝合金密度小，导热快，热容量小，易氧化，其生成的氧化物密度接近铝液，难以分离，易引起夹杂；因其收缩率相对较大，容易产生缩孔、缩松。因此要求浇注系统：充型平稳，不产生飞溅、涡流及冲击，具有较强挡渣的能力，从而方便顺序凝固。2活塞结构分析活塞零件结构示意图如图1所示，其整体结构形状相对复杂，接近于圆柱形结构，上面有销孔、偏心燃烧室等，内部为空腔，且成不规则曲面，头部及销座壁厚相对较大，裙部相对较薄，高度与直径之比大于1,因两销孔周围的有相应结构，从而造成铸造困难。活塞按其部位的不

4、同，主要分为裙部，头部和顶部三部分。活塞顶部是活塞燃烧室的组成部分，其形状取决于燃烧室形状及压缩比，通常有平顶式，凸顶式和凹顶式三种。活塞头部介于顶部和油环下端面之间。活塞的头部设置有油环槽和气环槽，主要用来安装油环和气环的，油环槽的底部设置有横向切槽和回油孔。活塞头部有足够的厚度，从活塞顶部到环槽区的断面要尽可能圆滑，过度圆角半径应足够大，用来减少热流阻力，利于热量从活塞顶部通过活塞环传给气缸壁，使的活塞环温度不至于过高。活塞裙部是指活塞头部以下的部分。裙部有活塞销座，其作用主要为导向，并且能够承受侧压力。因此，裙部的形状能够保证活塞与气缸得到良好的导

5、向，在任何工况下，活塞和气缸之间都保证一定间隙，并且均匀，具有一定的承压面积。3浇注系统方案的设计本设计采用下抽芯活塞毛坯专用浇注设备。工作状态下，液压压力5MPa,压缩空气的压力为0.5-0.6MPao设计的浇注系统如图2所示，本设计采用合并式的浇注系统，其顶部为冒口，连通缝隙和冒口，即为合并式浇冒口浇注系统。具体尺寸如表1所示：浇冒口形状及位置示意图如图2所示，通过一段时间试验，确定了该浇注系统能保证生产工艺的稳定性，生产的产品质量符合实际铸件性能要求，同时进一步提高了铸件的成品率。铸件没有提前凝固现象，没有出现缩松缩孔等缺陷，因此，此浇注系统的浇口

6、位置设计合理。4模具的设计及开合模方式的确定由于活塞外形接近于圆柱体，外模部分作为一体较难，因此外模部分我们设计为两边半圆柱形及圆形的顶模，从而保证活塞的外形形状。根据外模在机床上的相对位置，我们将底盘套安装在型芯之上，且与机身连接固定,实现了型芯顺利的抽芯。活塞下面结构上有通孔，所以需要对销芯进行设计。根据水平的通孔轴线，我们将外模与销芯相连，从而实现左右开模。综上所述，结合浇注工艺和活塞结构的分析，我们所设计活塞模具开、合模动作顺序如下：其中图3(a)是开模状态，当收到合模指令时，左油缸D、右油缸E同时进油，从而模具的右芯6向右移，左芯7向左移；与此

7、同时，油缸F工作，使得中芯8沿垂直方向上升，随后，型芯拼合，此时，右边的油缸B、左边的油缸c同时工作，使得外模2与3合拢，同时销芯4和5插入；上方的油缸A开始工作，从而顶模向上运动，随后外模开始打开，中芯向下抽出，当中芯油缸运动至油缸行程终了时，其左芯右移，右芯左移，至此，完成活塞模具开模。清除模具上异物等，人工取出浇注后的活塞毛坯。因此，完整的一个活塞浇注循环模具的工作顺序图如图4所示。5小结随着汽车的普及，活塞的质量逐渐引起人们的重视。活塞浇注模作为活塞毛坯，它的质量与活塞的质量是分不开的。本文通过对活塞结构分析，设计了一种经实践论证可行的活塞浇注模

8、系统，分析了活塞浇注模具的开、合模顺序，为活塞的质量提供了保证。参考文献[1]龙