汽车铝活塞铸造机械化生产

1、收稿日期:2007209221; 修订日期:2007210216作者简介:朱利民(19622 , 山东省滨州市人, 学士、应用研究员. 主要从事汽车铝活塞的铸造生产及机械化装备开发.Em ail :zlm_bbs163. com铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol. 29No. 1J an. 2008汽车铝活塞铸造机械化生产朱利民(山东盟威集团滨州渤海活塞股份有限公司, 山东滨州256600摘要:随着汽车和发动机技术的不断提高, 新的铝活塞铸造工艺和设备不断涌现。铝活塞下抽芯铸造工艺, 在提高铝活塞的铸造质量、节约降耗等方面作用突出。铸造机械化在减轻工人的劳动强度、确保生产

2、工艺过程的稳定、确保产品质量方面作用明显, 同时也使得复杂结构的铝活塞铸造容易进行。本文详细介绍了铝活塞下抽芯铸造机械的设计原理。关键词:铝活塞; 下抽芯; 铸造机械化; 铸造机中图分类号:T G292文献标识码:A文章编号:100028365(2008 0120092203Ca s ti n g Me c ha niz a ti o n of Aut o Al u mi n u m Pis t o nZHU Li 2min(Shandong Movever G roup Binzhou Bohai Piston Co. , Ltd. , Binzhou 256600, ChinaAbs t

3、rac t :With the development of automobile and engine technology , there are many new castingtechnology and equipments for manu facturing auto 2piston. Downward core pulling has a significant effect in improving the quality of auto 2piston casting and lowering the Casting mechanization has the advant

4、age s of alleviating , proce ss and quality , and producing complicated auto 2piston ea casting equipment with downward core pulling was Ke y w ords :Aluminum ; ; Casting mechanization ; Casting machine断提高, 。为了适应发动机负荷的提高, 铝活塞的结构发生了很大改变, 其中镶钢片、镶钢筒、镶圈、内冷通道等各种特殊结构的铝活塞应运而生。对产品质量要求的提高以及特殊结构铝活塞的出现, 传统的铸造工

5、艺极为不适。为了满足产品质量和结构的要求, 我们对铝活塞的铸造工艺和铸造设备进行了研究开发, 将传统的手工生产、上抽芯铸造工艺改进为机械化生产、下抽芯铸造工艺, 取得了良好的效果, 现已广泛应用于铝活塞的生产。本文介绍铝活塞下抽芯铸造机械的设计和应用效果。1两种铸造工艺方案对比为了提高生产效率、降低生产成本, 对于铝合金等轻金属铸件通常采用金属型重力铸造工艺。根据铝活塞外轮廓类似于圆桶形这一特点, 为了方便操作, 通常采用垂直分型, 以垂直于活塞销孔方向的活塞轴向剖面为分型面。浇注位置有多种选择, 根据分型方式并为了浇注的平稳性, 通常采用侧面浇注的缝隙式内浇口。铸造工艺方案按照铸件的浇注位置

6、主要有:金属型上抽芯铸造工艺(简称:上抽芯 ; 金属型下抽芯铸造工艺(简称:下抽芯 。1. 1上抽芯铸造工艺上抽芯铸造工艺的设计原理是:铝活塞在铸造成形时, 将其最厚大的头部朝下放置, 抽取型芯的动作是向上抽取。这种工艺的最大特点是简便易行、操作方便, 在国内铝活塞行业至今仍然是应用最为广泛的, 并且主要是手工操作, 工人的劳动强度大。采用该工艺生产时, 由于铸件最厚大的部位(即热节 在下, 薄壁的裙部在上, 铸造过程中温度场的分布是由下而上温度递减, 如果不设冒口或者冒口设置不当, 铸件无论是上端的裙部、销座, 还是下端的头部, 均容易产生缩松和缩孔, 这时产品质量不易保证。为了消除铸件的缩

7、松、缩孔等缺陷, 就要设置较大的单边冒口或双边冒口, 甚至双边冒口加补贴。由于只能采用边冒口设计, 因此冒口的补缩效率较低, 铸件的工艺出品率低, 在35%60%, 即冒口的质量是成品活塞质量的1. 02. 5倍。由于工艺方法的原因, 该工艺无法用于内冷通道活塞、镶钢筒活塞、部分镶钢片活塞等产品的生产, 生产普通活塞、29铸造技术01/2008朱利民:汽车铝活塞铸造机械化生产镶圈活塞等产品的铸造废品率也较高。1. 2下抽芯铸造工艺下抽芯铸造工艺与上抽芯铸造工艺刚好相反, 其设计原理是:铝活塞铸造成形时, 将头部朝上放置, 向下抽取型芯。这种工艺形式手工操作困难, 适合于机械化生产, 受设备的制

8、约, 该技术在国内铝活塞行业应用的还不太多。下抽芯铸造工艺可以适用于所有结构类型活塞的铸造生产。采用该工艺生产时, 铸件的位置是下薄(裙部 上厚(头部 , 热节在上, 温度场分布由下而上温度渐高, 有利于实现由下而上顺序凝固的原则, 这时冒口的设置十分便利, 采用较小的保温顶冒口即可达到充分补缩的目的, 补缩效率高, 铸件的工艺出品率高。采用顶保温冒口技术时, 铸件的工艺出品率可达80%85%。由于下抽芯的铸造工艺水平高, 产品质量好, 工艺出品率高, 代表着节约; 同时机械化生产又解放了生产力, 代表着发展方向, 因此有必要对此进行研究和开发。图1a 、b 分别是采用下抽芯工艺和上抽芯工艺的

9、铸件对比照片。 图1下抽芯工艺和上抽芯工艺铸造铸件对比Fig. 1Comparison of castings manufactured by downward core pulling and pulling2金属型的组成铝活塞铸造用金属型是垂直分型, 对于下抽芯铸造工艺的模具, 通常由边模、内芯、上模、销芯、位圈等主要部分组成。芯固定在边模上, , 并且浇注系统设置在边模上。, 它构成了铸件的顶部形状, 通常冒口设置在此; 上模要与外模的型腔部分配合, 形成模具外部和上部封闭的型腔。内芯构成了产品内腔的形状, 为了便于取出内芯、减小抽芯力, 通常将内芯设计成由左、右边芯和中芯, 或者左、右

10、边芯以及中心芯、前后中边芯, 这种由3瓣型芯或者5瓣型芯组成的组合件, 个别内腔简单的产品可以采用整体内芯。止口定位圈是外模与内模在合模时的定位固定件, 该件固定在设备的机身上。3工作流程和动作分解活塞铸造主要的生产工作流程为:闭合模具取铝液浇注(凝固 打开模具取出铸件。设备动作的设计将根据铸造工作流程、采用的下抽芯铸造工艺的技术要求和模具的结构特点而确定, (在此将铝液、浇注、取出铸件等动作暂不考虑 。根据铸造工作流程, 生产中设备最主要的基本动作是闭合和打开模具, 而闭合和打开模具的动作顺序, 可以根据下抽芯铸造工艺的技术要求、产品内腔形状结构的复杂程度和模具的结构特点进行设计, 其中最复

11、杂的设备动作顺序可分解设计如下。闭合模具:左边芯进右边芯上右边芯进中心芯上(带着前后中边芯一同 边模合上模下。中心芯下(带着前右边芯下左边芯出。, 模具结构可以随之简, 可以取消边芯的上下动作, 若模具采用整体内芯时则可以取消左右边芯的动作。4设计原则针对不同结构类型的产品, 在进行设备的具体设计时, 要依据铸造工艺的要求区别对待, 可以将机器设计成固定机身的单工位、双工位、四工位或更多工位, 或者设计成机身可倾转的单工位、双工位、四工位。依据铸造模具的结构和主要组成, 可以将设备分解成边模机构、上模机构、内模机构这3个主要功能机构, 为了提高设备的使用效率, 并根据活塞的大小分出系列, 据此

12、进行铸造机械的设计。针对铸造生产环境的特殊性, 对于容易受到热影响的机械运动机构, 为了防止机械机构由于热胀原因而卡死, 又确保能有足够的导向精度, 导向机构多采用矩形导轨。为了确保工作过程中具有足够的合模、开模力量, 机械动作采用液压驱动; 考虑到铸造现场的高温条件, 为了防止因为液压泄漏而引起火灾, 液压液必须选用抗燃液压液(如:水2乙二醇液压液 。为了实现生产的全自动化, 可以在设备系统中配备浇注机器人和取件机械手来完成取铝液、浇注和取出铸件的任务, 也可以在设备系统中配备用来放置特殊结构铝活塞上附件的机械机构, 由于这些机构和装置是设备的附加功能, 并非必须, 在此不论述。4. 1边模

13、机构边模机构是以实现边模在水平方向的开、合动作39 FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol. 29No. 1J an. 2008为目的, 为了实现动作要求, 以液压缸直接驱动固定边模的滑动块即可, 边模驱动液压缸水平固定在刚性很好的支架上, 水平运动的滑动块采用矩形导轨或简捷的矩形导向机构导向。由于浇注系统是设置在边模上的, 在浇注过程中会对模具产生较大的热胀作用, 为了防止模具胀开而影响生产和安全, 边模的驱动液压缸要适当加大, 对于常规的载重车用活塞, 发动机缸径通常不会超过130mm , 为了确保工作的可靠性, 合模力至少要保证20kN , 而轿车活塞缸径一般不超过90mm ,

14、 合模力10kN 即可。4. 2上模机构 上模机构设置于设备的最上方, 是以实现上模在垂直方向上的开、合动作为目的, 为了实现动作要求, 上模驱动液压缸通常垂直位于模具的上方, 以液压缸驱动固定上模的连接块, 液压缸则垂直固定在刚性很好的框形支架上, 为使设计简捷, 液压缸可与连接块直接连接, 连接块采用圆形导轨导向, 此为框架式上模机构。为使设备结构紧凑, 上模驱动液压缸可以垂直设置于机身的一侧, 液压缸直接驱动采用矩形导轨导向的滑动块, 接件, 此为悬臂式上模机构。4. 3内芯机构 , 对复杂一些, 构、右边芯机构、左边芯机构, 为了减小设备的体积, 这些机构通常设置在机身的内部。4. 3

15、. 1中芯机构中芯机构是以实现中芯在垂直方向上的开、合动作为目的, 为了实现动作要求, 中芯驱动液压缸通常垂直设置于模具的下方, 以液压缸驱动固定中芯的连接块, 液压缸则垂直固定在刚性很好的框形支架上, 为使设计简捷, 液压缸可与连接块直接连接, 连接块采用圆形导轨导向, 此为框架式中芯机构。为使设备结构紧凑, 中芯驱动液压缸可以垂直设置于机身内部的一侧, 液压缸直接驱动采用矩形导轨导向的固定中芯的滑动块, 此为滑块式中芯机构。或者将中芯驱动液压缸水平设置, 通过变向机构, 将液压缸的水平运动改变为垂直运动, 此为变向式中芯机构。4. 3. 2右边芯机构右边芯机构的作用是以实现右边芯在水平和垂

16、直方向上的开、合动作为目的, 为了实现这些动作要求, 需要两个分别以水平和垂直设置的液压缸来驱动右边芯。4. 3. 3左边芯机构左边芯机构的作用是以实现左边芯在水平方向上的开、合动作为目的, 为了实现这些动作要求, 需要一个水平设置的液压缸来驱动左边芯即可。5应用效果我公司成功地大规模推广铸造机械化已经10多年, 开发出了多个系列活塞铸造机, 满足了不同规格和不同结构铝活塞的铸造生产。图2为机械化铸造车间现场, 图3为活塞铸造机装配现场。长期生产应用证明, 铸造机械化的开发, 结合采用下抽芯铸造工艺, 使得保温冒口和铸造过滤技术得以顺利地大规模应用, 与传统手工操作的上抽芯铸造工艺相比, 展现出了较大的优势, 主要体现在以下方面。22of mechanization casting workshop图3活塞铸造机装配现场照片Fig. 3Photo of piston casting machine in the assembly field(1 铸件的工艺出品率提高。下抽芯铸造技术结合保温冒口技术的应用, 铸件的工艺出品率由35%60%提高到了80%85%, 冒口质量的减小, 减少了材料和能源的消耗, 提高了经济效益。(2 铸件内在质量提高。由于冒口补缩效率高, 铸件内