汽車鋁活塞鑄造機(jī)械化生產(chǎn)

1、收稿日期:2007209221; 修訂日期:2007210216作者簡(jiǎn)介:朱利民(19622 , 山東省濱州市人, 學(xué)士、應(yīng)用研究員. 主要從事汽車鋁活塞的鑄造生產(chǎn)及機(jī)械化裝備開發(fā).Em ail :zlm_bbs163. com鑄造技術(shù)FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol. 29No. 1J an. 2008汽車鋁活塞鑄造機(jī)械化生產(chǎn)朱利民(山東盟威集團(tuán)濱州渤?；钊煞萦邢薰? 山東濱州256600摘要:隨著汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷提高, 新的鋁活塞鑄造工藝和設(shè)備不斷涌現(xiàn)。鋁活塞下抽芯鑄造工藝, 在提高鋁活塞的鑄造質(zhì)量、節(jié)約降耗等方面作用突出。鑄造機(jī)械化在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、確保生產(chǎn)

2、工藝過程的穩(wěn)定、確保產(chǎn)品質(zhì)量方面作用明顯, 同時(shí)也使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁活塞鑄造容易進(jìn)行。本文詳細(xì)介紹了鋁活塞下抽芯鑄造機(jī)械的設(shè)計(jì)原理。關(guān)鍵詞:鋁活塞; 下抽芯; 鑄造機(jī)械化; 鑄造機(jī)中圖分類號(hào):T G292文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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斷提高, 。為了適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的提高, 鋁活塞的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大改變, 其中鑲鋼片、鑲鋼筒、鑲?cè)Α?nèi)冷通道等各種特殊結(jié)構(gòu)的鋁活塞應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高以及特殊結(jié)構(gòu)鋁活塞的出現(xiàn), 傳統(tǒng)的鑄造工

5、藝極為不適。為了滿足產(chǎn)品質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的要求, 我們對(duì)鋁活塞的鑄造工藝和鑄造設(shè)備進(jìn)行了研究開發(fā), 將傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)、上抽芯鑄造工藝改進(jìn)為機(jī)械化生產(chǎn)、下抽芯鑄造工藝, 取得了良好的效果, 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鋁活塞的生產(chǎn)。本文介紹鋁活塞下抽芯鑄造機(jī)械的設(shè)計(jì)和應(yīng)用效果。1兩種鑄造工藝方案對(duì)比為了提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本, 對(duì)于鋁合金等輕金屬鑄件通常采用金屬型重力鑄造工藝。根據(jù)鋁活塞外輪廓類似于圓桶形這一特點(diǎn), 為了方便操作, 通常采用垂直分型, 以垂直于活塞銷孔方向的活塞軸向剖面為分型面。澆注位置有多種選擇, 根據(jù)分型方式并為了澆注的平穩(wěn)性, 通常采用側(cè)面澆注的縫隙式內(nèi)澆口。鑄造工藝方案按照鑄件的澆注位置

6、主要有:金屬型上抽芯鑄造工藝(簡(jiǎn)稱:上抽芯 ; 金屬型下抽芯鑄造工藝(簡(jiǎn)稱:下抽芯 。1. 1上抽芯鑄造工藝上抽芯鑄造工藝的設(shè)計(jì)原理是:鋁活塞在鑄造成形時(shí), 將其最厚大的頭部朝下放置, 抽取型芯的動(dòng)作是向上抽取。這種工藝的最大特點(diǎn)是簡(jiǎn)便易行、操作方便, 在國(guó)內(nèi)鋁活塞行業(yè)至今仍然是應(yīng)用最為廣泛的, 并且主要是手工操作, 工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用該工藝生產(chǎn)時(shí), 由于鑄件最厚大的部位(即熱節(jié) 在下, 薄壁的裙部在上, 鑄造過程中溫度場(chǎng)的分布是由下而上溫度遞減, 如果不設(shè)冒口或者冒口設(shè)置不當(dāng), 鑄件無論是上端的裙部、銷座, 還是下端的頭部, 均容易產(chǎn)生縮松和縮孔, 這時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量不易保證。為了消除鑄件的縮

7、松、縮孔等缺陷, 就要設(shè)置較大的單邊冒口或雙邊冒口, 甚至雙邊冒口加補(bǔ)貼。由于只能采用邊冒口設(shè)計(jì), 因此冒口的補(bǔ)縮效率較低, 鑄件的工藝出品率低, 在35%60%, 即冒口的質(zhì)量是成品活塞質(zhì)量的1. 02. 5倍。由于工藝方法的原因, 該工藝無法用于內(nèi)冷通道活塞、鑲鋼筒活塞、部分鑲鋼片活塞等產(chǎn)品的生產(chǎn), 生產(chǎn)普通活塞、29鑄造技術(shù)01/2008朱利民:汽車鋁活塞鑄造機(jī)械化生產(chǎn)鑲?cè)钊犬a(chǎn)品的鑄造廢品率也較高。1. 2下抽芯鑄造工藝下抽芯鑄造工藝與上抽芯鑄造工藝剛好相反, 其設(shè)計(jì)原理是:鋁活塞鑄造成形時(shí), 將頭部朝上放置, 向下抽取型芯。這種工藝形式手工操作困難, 適合于機(jī)械化生產(chǎn), 受設(shè)備的制

8、約, 該技術(shù)在國(guó)內(nèi)鋁活塞行業(yè)應(yīng)用的還不太多。下抽芯鑄造工藝可以適用于所有結(jié)構(gòu)類型活塞的鑄造生產(chǎn)。采用該工藝生產(chǎn)時(shí), 鑄件的位置是下薄(裙部 上厚(頭部 , 熱節(jié)在上, 溫度場(chǎng)分布由下而上溫度漸高, 有利于實(shí)現(xiàn)由下而上順序凝固的原則, 這時(shí)冒口的設(shè)置十分便利, 采用較小的保溫頂冒口即可達(dá)到充分補(bǔ)縮的目的, 補(bǔ)縮效率高, 鑄件的工藝出品率高。采用頂保溫冒口技術(shù)時(shí), 鑄件的工藝出品率可達(dá)80%85%。由于下抽芯的鑄造工藝水平高, 產(chǎn)品質(zhì)量好, 工藝出品率高, 代表著節(jié)約; 同時(shí)機(jī)械化生產(chǎn)又解放了生產(chǎn)力, 代表著發(fā)展方向, 因此有必要對(duì)此進(jìn)行研究和開發(fā)。圖1a 、b 分別是采用下抽芯工藝和上抽芯工藝的

9、鑄件對(duì)比照片。 圖1下抽芯工藝和上抽芯工藝鑄造鑄件對(duì)比Fig. 1Comparison of castings manufactured by downward core pulling and pulling2金屬型的組成鋁活塞鑄造用金屬型是垂直分型, 對(duì)于下抽芯鑄造工藝的模具, 通常由邊模、內(nèi)芯、上模、銷芯、位圈等主要部分組成。芯固定在邊模上, , 并且澆注系統(tǒng)設(shè)置在邊模上。, 它構(gòu)成了鑄件的頂部形狀, 通常冒口設(shè)置在此; 上模要與外模的型腔部分配合, 形成模具外部和上部封閉的型腔。內(nèi)芯構(gòu)成了產(chǎn)品內(nèi)腔的形狀, 為了便于取出內(nèi)芯、減小抽芯力, 通常將內(nèi)芯設(shè)計(jì)成由左、右邊芯和中芯, 或者左、右

10、邊芯以及中心芯、前后中邊芯, 這種由3瓣型芯或者5瓣型芯組成的組合件, 個(gè)別內(nèi)腔簡(jiǎn)單的產(chǎn)品可以采用整體內(nèi)芯。止口定位圈是外模與內(nèi)模在合模時(shí)的定位固定件, 該件固定在設(shè)備的機(jī)身上。3工作流程和動(dòng)作分解活塞鑄造主要的生產(chǎn)工作流程為:閉合模具取鋁液澆注(凝固 打開模具取出鑄件。設(shè)備動(dòng)作的設(shè)計(jì)將根據(jù)鑄造工作流程、采用的下抽芯鑄造工藝的技術(shù)要求和模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而確定, (在此將鋁液、澆注、取出鑄件等動(dòng)作暫不考慮 。根據(jù)鑄造工作流程, 生產(chǎn)中設(shè)備最主要的基本動(dòng)作是閉合和打開模具, 而閉合和打開模具的動(dòng)作順序, 可以根據(jù)下抽芯鑄造工藝的技術(shù)要求、產(chǎn)品內(nèi)腔形狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì), 其中最復(fù)

11、雜的設(shè)備動(dòng)作順序可分解設(shè)計(jì)如下。閉合模具:左邊芯進(jìn)右邊芯上右邊芯進(jìn)中心芯上(帶著前后中邊芯一同 邊模合上模下。中心芯下(帶著前右邊芯下左邊芯出。, 模具結(jié)構(gòu)可以隨之簡(jiǎn), 可以取消邊芯的上下動(dòng)作, 若模具采用整體內(nèi)芯時(shí)則可以取消左右邊芯的動(dòng)作。4設(shè)計(jì)原則針對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型的產(chǎn)品, 在進(jìn)行設(shè)備的具體設(shè)計(jì)時(shí), 要依據(jù)鑄造工藝的要求區(qū)別對(duì)待, 可以將機(jī)器設(shè)計(jì)成固定機(jī)身的單工位、雙工位、四工位或更多工位, 或者設(shè)計(jì)成機(jī)身可傾轉(zhuǎn)的單工位、雙工位、四工位。依據(jù)鑄造模具的結(jié)構(gòu)和主要組成, 可以將設(shè)備分解成邊模機(jī)構(gòu)、上模機(jī)構(gòu)、內(nèi)模機(jī)構(gòu)這3個(gè)主要功能機(jī)構(gòu), 為了提高設(shè)備的使用效率, 并根據(jù)活塞的大小分出系列, 據(jù)此

12、進(jìn)行鑄造機(jī)械的設(shè)計(jì)。針對(duì)鑄造生產(chǎn)環(huán)境的特殊性, 對(duì)于容易受到熱影響的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu), 為了防止機(jī)械機(jī)構(gòu)由于熱脹原因而卡死, 又確保能有足夠的導(dǎo)向精度, 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)多采用矩形導(dǎo)軌。為了確保工作過程中具有足夠的合模、開模力量, 機(jī)械動(dòng)作采用液壓驅(qū)動(dòng); 考慮到鑄造現(xiàn)場(chǎng)的高溫條件, 為了防止因?yàn)橐簤盒孤┒鸹馂?zāi), 液壓液必須選用抗燃液壓液(如:水2乙二醇液壓液 。為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全自動(dòng)化, 可以在設(shè)備系統(tǒng)中配備澆注機(jī)器人和取件機(jī)械手來完成取鋁液、澆注和取出鑄件的任務(wù), 也可以在設(shè)備系統(tǒng)中配備用來放置特殊結(jié)構(gòu)鋁活塞上附件的機(jī)械機(jī)構(gòu), 由于這些機(jī)構(gòu)和裝置是設(shè)備的附加功能, 并非必須, 在此不論述。4. 1邊模

13、機(jī)構(gòu)邊模機(jī)構(gòu)是以實(shí)現(xiàn)邊模在水平方向的開、合動(dòng)作39 FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol. 29No. 1J an. 2008為目的, 為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求, 以液壓缸直接驅(qū)動(dòng)固定邊模的滑動(dòng)塊即可, 邊模驅(qū)動(dòng)液壓缸水平固定在剛性很好的支架上, 水平運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)塊采用矩形導(dǎo)軌或簡(jiǎn)捷的矩形導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向。由于澆注系統(tǒng)是設(shè)置在邊模上的, 在澆注過程中會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生較大的熱脹作用, 為了防止模具脹開而影響生產(chǎn)和安全, 邊模的驅(qū)動(dòng)液壓缸要適當(dāng)加大, 對(duì)于常規(guī)的載重車用活塞, 發(fā)動(dòng)機(jī)缸徑通常不會(huì)超過130mm , 為了確保工作的可靠性, 合模力至少要保證20kN , 而轎車活塞缸徑一般不超過90mm ,

14、 合模力10kN 即可。4. 2上模機(jī)構(gòu) 上模機(jī)構(gòu)設(shè)置于設(shè)備的最上方, 是以實(shí)現(xiàn)上模在垂直方向上的開、合動(dòng)作為目的, 為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求, 上模驅(qū)動(dòng)液壓缸通常垂直位于模具的上方, 以液壓缸驅(qū)動(dòng)固定上模的連接塊, 液壓缸則垂直固定在剛性很好的框形支架上, 為使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷, 液壓缸可與連接塊直接連接, 連接塊采用圓形導(dǎo)軌導(dǎo)向, 此為框架式上模機(jī)構(gòu)。為使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊, 上模驅(qū)動(dòng)液壓缸可以垂直設(shè)置于機(jī)身的一側(cè), 液壓缸直接驅(qū)動(dòng)采用矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向的滑動(dòng)塊, 接件, 此為懸臂式上模機(jī)構(gòu)。4. 3內(nèi)芯機(jī)構(gòu) , 對(duì)復(fù)雜一些, 構(gòu)、右邊芯機(jī)構(gòu)、左邊芯機(jī)構(gòu), 為了減小設(shè)備的體積, 這些機(jī)構(gòu)通常設(shè)置在機(jī)身的內(nèi)部。4. 3

15、. 1中芯機(jī)構(gòu)中芯機(jī)構(gòu)是以實(shí)現(xiàn)中芯在垂直方向上的開、合動(dòng)作為目的, 為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求, 中芯驅(qū)動(dòng)液壓缸通常垂直設(shè)置于模具的下方, 以液壓缸驅(qū)動(dòng)固定中芯的連接塊, 液壓缸則垂直固定在剛性很好的框形支架上, 為使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷, 液壓缸可與連接塊直接連接, 連接塊采用圓形導(dǎo)軌導(dǎo)向, 此為框架式中芯機(jī)構(gòu)。為使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊, 中芯驅(qū)動(dòng)液壓缸可以垂直設(shè)置于機(jī)身內(nèi)部的一側(cè), 液壓缸直接驅(qū)動(dòng)采用矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向的固定中芯的滑動(dòng)塊, 此為滑塊式中芯機(jī)構(gòu)?；蛘邔⒅行掘?qū)動(dòng)液壓缸水平設(shè)置, 通過變向機(jī)構(gòu), 將液壓缸的水平運(yùn)動(dòng)改變?yōu)榇怪边\(yùn)動(dòng), 此為變向式中芯機(jī)構(gòu)。4. 3. 2右邊芯機(jī)構(gòu)右邊芯機(jī)構(gòu)的作用是以實(shí)現(xiàn)右邊芯在水平和垂

16、直方向上的開、合動(dòng)作為目的, 為了實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作要求, 需要兩個(gè)分別以水平和垂直設(shè)置的液壓缸來驅(qū)動(dòng)右邊芯。4. 3. 3左邊芯機(jī)構(gòu)左邊芯機(jī)構(gòu)的作用是以實(shí)現(xiàn)左邊芯在水平方向上的開、合動(dòng)作為目的, 為了實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作要求, 需要一個(gè)水平設(shè)置的液壓缸來驅(qū)動(dòng)左邊芯即可。5應(yīng)用效果我公司成功地大規(guī)模推廣鑄造機(jī)械化已經(jīng)10多年, 開發(fā)出了多個(gè)系列活塞鑄造機(jī), 滿足了不同規(guī)格和不同結(jié)構(gòu)鋁活塞的鑄造生產(chǎn)。圖2為機(jī)械化鑄造車間現(xiàn)場(chǎng), 圖3為活塞鑄造機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)。長(zhǎng)期生產(chǎn)應(yīng)用證明, 鑄造機(jī)械化的開發(fā), 結(jié)合采用下抽芯鑄造工藝, 使得保溫冒口和鑄造過濾技術(shù)得以順利地大規(guī)模應(yīng)用, 與傳統(tǒng)手工操作的上抽芯鑄造工藝相比, 展現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢(shì), 主要體現(xiàn)在以下方面。22of mechanization casting workshop圖3活塞鑄造機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig. 3Photo of piston casting machine in the assembly field(1 鑄件的工藝出品率提高。下抽芯鑄造技術(shù)結(jié)合保溫冒口技術(shù)的應(yīng)用, 鑄件的工藝出品率由35%60%提高到了80%85%, 冒口質(zhì)量的減小, 減少了材料和能源的消耗, 提高了經(jīng)濟(jì)效益。(2 鑄件內(nèi)在質(zhì)量提高。由于冒口補(bǔ)縮效率高, 鑄件內(nèi)