一种轻量化活塞用模具及其制造工艺[发明专利]

*CN102672110A*

(10)申请公布号 CN 102672110 A(43)申请公布日 2012.09.19

(12)发明专利申请

(21)申请号 201210191730.5(22)申请日 2012.06.12

(71)申请人曲阜金皇活塞股份有限公司

地址273100 山东省济宁市曲阜市经济开发

区发展大道金皇路1号(72)发明人颜君衡 孔涛 齐鹏 魏运财

颜鲁滨 孔祥凯(51)Int.Cl.

B22C 9/22(2006.01)B23P 15/24(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页权利要求书1页 说明书3页 附图2页

()发明名称

一种轻量化活塞用模具及其制造工艺(57)摘要

本发明涉及一种轻量化活塞用铸造模具，包括外模、内模，内模包括两个内模大侧瓣及中间夹持的一内模中芯，在内模大侧瓣的顶部对称设有“L”形缩台，缩台上配合设有活块，活块上有芯轴销孔及定位销孔，所述芯轴销孔与穿过外模的销孔芯轴相配合，所述定位销孔与内模大侧瓣上相应位置凸出的定位销相配合，活块下平面的一部分和侧面与所述缩台密配合，活块下平面的其余部分与定位圈密配合，活块的外侧圆面与外模内径密配合；上述模具的加工工艺流程为：下料—锻打—去应力退火处理—粗加工外形—半精加工—精加工内模形状—线切割—精加工线切割分割的活块—合模—钳修。本发明的模具加工较普通模具没有较大改变的情况下，通过设置一活块就能实现活塞油环槽区域减重，进而达到活塞轻量化，该发明模具设计简便，方便加工。CN 102672110 ACN 102672110 A

权 利 要 求 书

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1.一种轻量化活塞用模具，包括外模（2）、内模，内模包括两个内模大侧瓣（8）及中间夹持的一内模中芯（9），其特征在于：在内模大侧瓣（8）的顶部对称设有“L”形缩台（10），缩台（10）上配合设有活块（4），活块（4）上有芯轴销孔（11）及定位销孔（12），所述芯轴销孔（11）与穿过外模的销孔芯轴（3）相配合，所述定位销孔（12）与内模大侧瓣（8）上相应位置凸出的定位销（5）相配合，活块（4）下平面的一部分和侧面与所述缩台（10）密配合，活块（4）下平面的其余部分与定位圈（6）密配合，活块（4）的外侧圆面与外模（2）内径密配合。

2.一种轻量化活塞用模具的制造方法，其特征在于加工步骤包括：先按照一般活塞铸造用模具加工内模，内模外形整体加工完成后再线切割出所述的缩台（10），切出的部分用作活块（4）；在活块（4）上设置芯轴销孔（11）及定位销孔（12），所述芯轴销孔（11）与穿过外模的销孔芯轴（3）相配合，所述定位销孔（12）与内模大侧瓣（8）上相应位置凸出的定位销（5）相配合，内模运行到位后，以定位销（5）及销孔芯轴（3）定位活块（4）。

3.如权利要求2所述的一种轻量化活塞用模具的制造方法，其特征在于所述的加工步骤为：下料—锻打—去应力退火处理—粗加工外形—半精加工—精加工内模形状—线切割—精加工线切割分割的活块—合模—钳修。

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说 明 书

一种轻量化活塞用模具及其制造工艺

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技术领域：

本发明涉及一种内燃机活塞，具体为一种轻量化活塞用铸造模具。[0002] 背景技术：

活塞在新材料、新工艺、新技术应用的同时，开始向轻量化结构设计发展。同时随着其配偶件（如汽缸、缸盖、活塞坏、活塞销等）新技术的应用，活塞也要做适应性的提升。目前，活塞在新结构设计方面的应用之一为活塞裙部窗口处承载力及轻量化设计，窗口处即要有足够的强度、成压面积、弹性，还要在此处进行轻量化设计。轻量化活塞的结构形状更为复杂，给活塞铸造用模具的设计、加工等方面带来了较大困难。以前普通轻量化活塞金属型模具采用独模方式生产，活塞内腔拔模为正锥度，内腔顶部尺寸小，活塞底部内腔尺寸大，利于内模的脱模。但最近活塞油环槽区域减重的新型活塞，内腔及销孔窗口处有台阶，不能用独模直接生产。现有资料记载活塞油环槽区域减重模具将外模镶块加工成斜滑块结构，通过销芯水平开模，迫使外模镶块作垂直方向运动，当外模镶块与活塞毛坯完全脱离后，再和外模一起水平开模，合模动作与此相反。这种方法虽然解决了传统模具无法实现的销芯、外模与外模镶块问的开合模问题，但该活塞模具对模具的配合间隙、模具的制造精度、模具材料、模具润滑等提出了比传统模具更高的要求，否则在实际生产中容易因模具开合不到位造成铸造废品，甚至损坏模具，模具制造成本高。[0003] 发明内容：

本发明的目的是提高活塞铸造用模具的质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造精度及使用寿命。[0004] 本发明的目的是以如下方式实现的：一种轻量化活塞用模具，包括外模、内模，内模包括两个内模大侧瓣及中间夹持的一内模中芯，在内模大侧瓣的顶部对称设有“L”形缩台，缩台上配合设有活块，活块上有芯轴销孔及定位销孔，所述芯轴销孔与穿过外模的销孔芯轴相配合，所述定位销孔与内模大侧瓣上相应位置凸出的定位销相配合，活块下平面的一部分和侧面与所述缩台密配合，活块下平面的其余部分与定位圈密配合，活块的外侧圆面与外模内径密配合。

[0005] 一种轻量化活塞用模具的制造方法，加工步骤包括：先按照一般活塞铸造用模具加工内模，内模外形整体加工完成后再线切割出所述的缩台，切出的部分用作活块；在活块上设置芯轴销孔及定位销孔，所述芯轴销孔与穿过外模的销孔芯轴相配合，所述定位销孔与内模大侧瓣上相应位置凸出的定位销相配合，内模运行到位后，以定位销及销孔芯轴定位活块。

[0006] 所述的加工步骤为：下料—锻打—去应力退火处理—粗加工外形—半精加工—精加工内模形状—线切割—精加工线切割分割的活块—合模—钳修。[0007] 内模形状整体加工完成后再线切割分割，主要目的是保证内模基准面与切割面的配合精度；在外模非活塞铸造面处增加定位销；内模运行到位后，以定位销定位，把线切割分割的活块安装在外模配合处；外模运行到位顶模落下与内模形成活塞形状，进行浇注成

[0001]

型；打开外模取下毛坯，活块随毛坯一体，然后取下活块，完成活塞的铸造加工。

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CN 102672110 A[0008]

说 明 书

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所述的一种轻量化活塞用模具内模的加工工艺流程为：下料—锻打—去应力退火

处理—粗加工外形—半精加工—精加工内模形状—线切割—精加工线切割分割的活块—合模—钳修。

[0009] 所述的一种轻量化活塞用模具内模的工艺条件为：精加工切割面基准，与端面垂直度小于0.01mm；对活塞模具形状采用SolidWorks三维实体软件进行设计和G代码输出进行内腔形状的精加工。模具采用加工中心加工，确保模具尺寸的一致性和精确性。[0010] 所述的一种轻量化活塞用模具内模加工为精密加工：活塞的模具设计与制造有区别于普通活塞模具，采取了整体数控加工，然后切割分瓣组装等方式，特别是引用了活块技术，模具的设计与加工技术具有创新性。

[0011] 所述的一种轻量化活塞用模具与普通轻量化活塞模具的区别：所述方法模具的加工没有较大改变，只需设计一活块就能解决模具开模问题。无需对模具、铸造设备进行改动，就能实现活塞油环槽区域减重，进而实现活塞轻量化，该发明模具设计简便，方便加工。[0012] 所述的一种轻量化活塞用模具其特点为：浇铸机浇注时活塞顶部向上，内模向上。内模由下向上运动，与外模、顶面组成活塞铸件形状。浇注铝液凝固后，内模下抽，外模向两边开，顶模上抽，活塞铸件出模。通过模具内外模顺序通水冷却方式实现活塞合金在型腔内的顺序凝固，保证活塞各部分组织均匀、致密，宏观组织98%以上（合格），产品外观质量好，效率高，工艺出品率高。

[0013] 本发明的有益效果：轻量化活塞结构复杂，该发明技术既能满足产品的结构特点，又能保证产品的质量。模具采用加工中心加工，确保模具尺寸的一致性和精确性。该轻量化活塞模具加工工艺主要优点：工艺加工简单，易于生产，降低生产成本，缩短生产周期，提高产品的开发速度。[0014] 附图说明：

图1为本发明轻量化活塞用模具装配图；

图2为本发明轻量化活塞用模具活块主视结构示意图；图3为 图2中的A-A剖视图；

图4为本发明活塞模具内模与活块配合示意图。[0015] 1.顶模，2.外模，3.销孔芯轴，4.活块，5.定位销，6.定位圈，7.模板，8.内模大侧瓣，9.内模中芯，9.内模中芯，8.内模大侧瓣，4.活块，10.缩台，11.定位销孔。[0016] 具体实施方式：

参照附图，一种轻量化活塞用模具，包括外模2、内模，内模包括两个内模大侧瓣8及中间夹持的一内模中芯9，其特征在于：在内模大侧瓣8的顶部对称设有“L”形缩台10，缩台10上配合设有活块4，活块4上有芯轴销孔11及定位销孔12，所述芯轴销孔11与穿过外模的销孔芯轴3相配合，所述定位销孔12与内模大侧瓣8上相应位置凸出的定位销5相配合，活块4下平面的一部分和侧面与所述缩台10密配合，活块4下平面的其余部分与定位圈6密配合，活块4的外侧圆面与外模2内径密配合。[0017] 上述轻量化活塞用模具的制造方法，加工步骤包括：先按照一般活塞铸造用模具加工内模，内模外形整体加工完成后再线切割出所述的缩台10，切出的部分用作活块4；在活块4上设置芯轴销孔11及定位销孔12，所述芯轴销孔11与穿过外模的销孔芯轴3相配合，所述定位销孔12与内模大侧瓣8上相应位置凸出的定位销5相配合，内模运行到位后，

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说 明 书

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以定位销5及销孔芯轴3定位活块4。[0018] 所述的加工步骤为：下料—锻打—去应力退火处理—粗加工外形—半精加工—精加工内模形状—线切割—精加工线切割分割的活块—合模—钳修。

[0019] 本发明的重点在于内模加工。先按内模图纸对内模整体进行粗加工，再进行精加工。对内模用线切割进行分割，按图纸尺寸割出定位平面，定位平面粗糙度控制在Ra3.2μm以下。把模具误差产生的重点应定位在对基准尺寸的控制上，主要表现为内模与活块4配合面的配合间隙，因此线切割工序的尺寸控制尤为重要。活塞模具形状采用SolidWorks三维实体软件进行设计完成后输出G代码用加工中心进行活塞形状的精加工。[0020] 参照图2本发明轻量化活塞用模具的活块结构示意图，内模采用整体加工，再用线切割分割活块，既节约原材料又缩短生产时间。[0021] 参照图1，本发明轻量化活塞用模具装配结构示意图，浇注时活塞顶部向上，内模中芯 9与内模大侧瓣 8 向上运动到位，外模 2 处于打开状态，以销孔芯轴3及定位销 5 为基准，把活块 4 定位。活块 4 装配完成后，外模 2 与销孔芯轴 3 一起向内运动到闭合位置，活块 4 下平面的一部分和侧面与内模大侧瓣 8 密切配合，活块 4 下平面的其余部分与定位圈 6密切配合，活块 4外圆与外模 2内径配合，顶模1向下运行到位，组成活塞铸件形状，进行浇注成型。通过模具内外模顺序通水冷却方式实现活塞合金在型腔内的顺序凝固，保证活塞各部分组织均匀、致密。浇注铝液凝固后，内模中芯 9与内模大侧瓣 8下抽，顶模 1上抽，外模 2 向两边开，活塞铸件出模，取下活块 4 ，完成活塞的铸造加工。

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说 明 书 附 图

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图1

图3

图2

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说 明 书 附 图

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图4

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