專利名稱：重力澆注順序結(jié)晶活塞金屬模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種重力澆注順序結(jié)晶活塞金屬模是汽車拖拉機(jī)制造業(yè)中鑄造活塞的金屬模具。
普通活塞金屬模，澆注凝固時(shí)，不符合合金液沿型腔充型流淌所形成的溫度梯度，活塞的鑄造質(zhì)量難以保證。以兩種國(guó)產(chǎn)汽車活塞為例，來(lái)說(shuō)明。將活塞主要壁厚尺寸列表如下(括號(hào)內(nèi)尺寸為毛坯尺寸)
注1.＊活塞銷孔外緣至底部尺寸，2.CA－10和東風(fēng)EQ－140的活塞銷孔壁厚均為5(6)。
由表得知，無(wú)論哪種型號(hào)的活塞，其最厚部位均位于活塞的環(huán)槽部，次厚部位為活塞底部，最薄部位于環(huán)槽至口部。
最厚部位的環(huán)槽一周中，又以兩活塞銷孔之下部為甚，亦為活塞的前(指前標(biāo)記)，后部(見(jiàn)圖2)。其熱節(jié)面積(截面積)，即高度×壁厚CA－10型 37.8×17.2＝650.2(mm)2EQ－140型 34.3×19.8＝679.1(mm)2此部分別安排在活塞金屬模的左右兩側(cè)，則確定了此部為最先強(qiáng)制結(jié)晶域。
活塞的左右部，其熱節(jié)面積(截面積)，即高度×壁厚CA－10型左部26.3×17.2＝453.4(mm)2右部34.8×15.6＝542.9(mm)2EQ－140型左右部同34.8×13.8＝480.2(mm)2此部分別安排在活塞金屬模的前、后冒口處，則確定了此部為較后結(jié)晶域。
兩處熱節(jié)面積比較CA－10型最先結(jié)晶域650.2(mm)2＞較后結(jié)晶域453.4(542.9)(mm)2EQ－140型最先結(jié)晶域679.1(mm)2＞較后結(jié)晶域480.2(mm)2顯然，熱節(jié)面積的大小與結(jié)晶順序相矛盾。最不合理之處為充滿后冒口的合金液是流過(guò)曲折的型腔而充分散熱后的低溫合金液，欲補(bǔ)縮銷孔下環(huán)槽處具有較高型溫及其所包容的高溫合金液，則是極為困難的。
為了克服以上致命缺陷，普通活塞金屬模，在活塞模銷孔下環(huán)槽左右外模上，安裝紫銅棒(紫銅棒的導(dǎo)熱率是鑄鐵的9～17倍)，以強(qiáng)制激冷。就此，在所澆注的活塞中，此部及銷孔中常常產(chǎn)生疏松(俗稱″蒼蠅腳″)，鑄造質(zhì)量常不穩(wěn)定。
數(shù)塊內(nèi)模及兩個(gè)活塞銷模由于散熱條件不好，澆注中最易過(guò)熱，往往合模前需在水中激冷，激冷程度不易掌握，反復(fù)激冷，模具產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋，縮短模具壽命。在模具要求散熱慢的局部部位(例如冒口部)又要經(jīng)常刷涂涂料，亦不易掌握。
本實(shí)用新型的目的，是遵循高溫合金液澆注中隨著在型腔中的流淌，沿途逐漸被金屬型吸熱，合金液溫度逐漸降低，形成沿合金液流淌充型的相反方向的凝固結(jié)晶順序。同時(shí)，型腔中流淌“沖刷”過(guò)的合金液愈多，則型溫愈高，形成有利于合金液順序結(jié)晶的模溫溫度梯度。
本實(shí)用新型是這樣完成上述目的的在沿活塞環(huán)槽的橫斷面內(nèi)(見(jiàn)圖3)，要求合金液最先結(jié)晶域，即活塞左部環(huán)槽處，此處金屬型腔尺寸較小，熱節(jié)較小，采取了在左、右兩半外模上及數(shù)塊內(nèi)模相應(yīng)部位，裝設(shè)了一定工質(zhì)的熱管(熱管具有極高的導(dǎo)熱能力，其軸向?qū)岬漠?dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)比導(dǎo)熱能力最好的銅棒可高出幾十倍到幾百倍，


圖10為熱管和銅棒導(dǎo)熱性能比較。－上海機(jī)械學(xué)院 卓寧、孫家慶主編《工程對(duì)流換熱》機(jī)械工業(yè)出版社1982年。以下簡(jiǎn)稱《工》)，以強(qiáng)制激冷。
在次于最先結(jié)晶域，即兩個(gè)活塞銷孔下部環(huán)槽處，此處金屬型型腔尺寸最大，熱節(jié)最大，在左、右兩半外模上及左、右兩塊內(nèi)模的相應(yīng)部位裝設(shè)了熱管。此熱管的工質(zhì)較最先結(jié)晶域處所采用的熱管的工質(zhì)熱物理性質(zhì)稍次。
兩活塞銷模因周圍被合金液包圍，其散熱條件極為不利，將兩個(gè)活塞銷模制成熱管。
要求合金液最后結(jié)晶域，即靠近冒口附近的活塞右部環(huán)槽處，熱節(jié)較大，其熱節(jié)面積(高度×壁厚－參見(jiàn)壁厚尺寸表)CA－10型 34.8×15.6＝542.9(mm)2EQ－140型 34.8×13.8＝480.2(mm)2此處僅靠左、右兩半外模(鑄鐵質(zhì))的熱傳導(dǎo)散熱。特將冒口周圍的外模型腔制成陶瓷質(zhì)的保溫冒口，延緩冒口中合金液的散熱，利于補(bǔ)縮。
在通過(guò)活塞左右兩處，沿活塞的縱向平面內(nèi)(見(jiàn)圖8所示平面)的結(jié)晶順序(參見(jiàn)圖9)A部，是活塞環(huán)槽的最先結(jié)晶域，有熱管激冷，必先結(jié)晶，在底模10(參見(jiàn)圖6)之下，采取循環(huán)水冷，必次于A部再結(jié)晶；C部，因靠近冒口，型溫及合金液溫度均較高，必最后結(jié)晶。
為了防止合金液夾渣，在澆口之上放置了濾渣網(wǎng)。
以下結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為CA－10型活塞結(jié)構(gòu)鑄胚主視圖。
圖2為CA－10型活塞結(jié)構(gòu)鑄胚左視圖。圖中雙點(diǎn)劃線為機(jī)械加工后形狀圖線。
圖3為CA－10型活塞沿環(huán)槽的橫斷面結(jié)構(gòu)圖。
圖4為普通活塞模所鑄帶澆冒口的活塞鑄胚主視圖。Ⅰ為澆冒口，Ⅱ?yàn)榍懊翱?，Ⅲ為活塞毛胚，Ⅳ為后冒口?br> 圖5為普通活塞模所鑄帶澆冒口的活塞鑄胚俯視圖。
圖6為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)主視圖。
圖7為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖8為本實(shí)用新型所鑄帶澆冒口的活塞鑄胚主視圖。Ⅰ為澆口，Ⅱ?yàn)榍懊翱?，Ⅲ為活塞毛胚?br> 圖9為本實(shí)用新型所鑄帶澆冒口的活塞鑄胚俯視圖。
圖10為熱管和銅棒導(dǎo)熱性能比較(參見(jiàn)《工》)。
圖11為本實(shí)用新型余熱回收的換熱系統(tǒng)圖。
參見(jiàn)圖6、圖7、
圖11，本實(shí)用新型基本結(jié)構(gòu)如下它是由左、右兩半外模20、21，若干塊內(nèi)模23、24、25，左、右活塞銷模9、6，底模10，底座11，若干支熱管1、2、3、4、5，螺旋形肋片單元換熱器36，支架19，手把8，鎖緊機(jī)構(gòu)7，保溫冒口14，濾渣網(wǎng)及換熱系統(tǒng)組成。其各部位所裝設(shè)的熱管如下在合金液最先結(jié)晶域－左、右兩半外模20、21所裝設(shè)的1號(hào)熱管1，在內(nèi)模24所裝設(shè)2號(hào)熱管2，本組熱管，根據(jù)活塞的規(guī)格大小，除在中間內(nèi)模24上安裝外，還可在左、右內(nèi)模23、25的相應(yīng)處裝設(shè)(圖中未畫(huà))。
在合金液次于最先結(jié)晶域－左、右兩半外模20、21相應(yīng)處所裝設(shè)的3號(hào)熱管3，內(nèi)模23、25相應(yīng)處所裝設(shè)的4號(hào)熱管4，根據(jù)活塞規(guī)格大小，4號(hào)熱管可以不裝。其中，內(nèi)模23、25上，裝設(shè)2號(hào)熱管2(圖中未畫(huà))和4號(hào)熱管4時(shí)，同一塊內(nèi)模的2號(hào)、4號(hào)熱管的蒸發(fā)段可連為一個(gè)加大了的蒸發(fā)段，絕熱段則為一個(gè)。
兩個(gè)活塞銷模6、9所形成的5號(hào)熱管5。
底模10的下部，利用底座11中之循環(huán)水冷卻。
保溫冒口型式如下它是在左、右兩半外模20、21的相應(yīng)部位，加工成“燕尾”槽，插入陶瓷質(zhì)的鑲嵌塊14(即保溫冒口)，用擋板12擋住，用螺釘13固定于外模上。它為易損件，可以更換。
結(jié)合
圖11，換熱系統(tǒng)是由水箱32，進(jìn)水管31，出水管30，螺旋形肋片單元換熱器36，膠質(zhì)軟管35，補(bǔ)給水管34，放水閘閥33等組成。其中，螺旋形肋片單元換熱器36是采用擴(kuò)展表面對(duì)流換熱(參見(jiàn)《工》)。將它安裝于熱管的凝結(jié)段上。
水箱中熱水可以充分利用。
使用重力澆注順序結(jié)晶活塞金屬模澆注活塞，熱管在熱節(jié)處迅速激冷，以致于溶于合金液中的氫原子不易析出，不產(chǎn)生氣孔，晶粒無(wú)法長(zhǎng)大，使活塞的組織致密，提高了活塞的內(nèi)在鑄造質(zhì)量，采用了濾渣網(wǎng)，防止了夾渣，內(nèi)模不易過(guò)熱，生產(chǎn)中不需在水中反復(fù)激冷，延長(zhǎng)了模具壽命；去掉了后冒口，節(jié)約了合金液，節(jié)約了能源，余熱可利用。
權(quán)利要求1.一種由左、右兩半外模20、21，若干塊內(nèi)模23、24、25，左、右活塞銷模9、6，底模10，底座11，若干支熱管1、2、3、4、5，螺旋形肋片單元換熱器36，支架19，手把8，鎖緊機(jī)構(gòu)7，保溫冒口14，濾渣網(wǎng)及換熱系統(tǒng)所組成的重力澆注順序結(jié)晶活塞金屬模，它的特征是遵循合金液沿金屬模型腔流淌充型路線所形成的溫度梯度，進(jìn)行順序結(jié)晶，為此，在最先結(jié)晶域的活塞左部環(huán)槽熱節(jié)處，即左、右兩半外模20、21上，裝設(shè)了1號(hào)熱管，數(shù)塊內(nèi)模23、24、25的相應(yīng)部位，裝設(shè)了2號(hào)熱管；在次于最先結(jié)晶域的活塞銷孔下環(huán)槽熱節(jié)處，即左、右兩半外模20、21上，裝設(shè)了3號(hào)熱管，兩塊內(nèi)模23、25的相應(yīng)部位，裝設(shè)了4號(hào)熱管；左、右活塞銷模9、6所形成的5號(hào)熱管，其澆注系統(tǒng)為節(jié)約合金液的澆口，僅一個(gè)冒口及形腔。
2.按照權(quán)利要求1所述的重力澆注順序結(jié)晶活塞金屬模，其特征在于，保溫冒口14為陶瓷質(zhì)材料，澆冒口之上置有濾渣網(wǎng)。
專利摘要一種重力澆注順序結(jié)晶活塞金屬模，是汽車拖拉機(jī)工業(yè)中活塞生產(chǎn)的鑄造模具。在模具型腔中因熱節(jié)較大，型壁不易散熱而嚴(yán)重影響合金液形成順序結(jié)晶的環(huán)節(jié)處，采用熱管傳熱激冷，使之嚴(yán)格地按照順序結(jié)晶原則進(jìn)行結(jié)晶，同時(shí)，本實(shí)用新型還設(shè)有保溫冒口和濾渣網(wǎng)，從而避免了活塞的疏松、夾渣等鑄造缺陷，省去了后冒口，節(jié)約合金液，節(jié)約能源。
文檔編號(hào)B22C9/06GK2114521SQ9122975
公開(kāi)日1992年9月2日 申請(qǐng)日期1991年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月5日
發(fā)明者賈振玉 申請(qǐng)人:賈振玉