[发明专利]钢质内冷活塞的制造方法及其模具

权利要求书

1.一种钢质内冷活塞的制造模具，其特征在于，包括：上模、中模、抽芯机构和下模，所述上模包括上模体、上模顶板和裙腔芯、清理推板、清理杆、斜导柱，所述上模顶板的中央设置有安放清理推板的圆形凹坑，所述上模顶板与上模体接触的下平面上开有排气道；所述中模包括中模体和中模套两部分，所述的中模体由垂直分模的左半模、右半模组成，用来形成活塞的外形；所述抽芯机构包括抽芯油缸、销孔芯和安装结构；所述的下模包括料腔、下模板、支撑板、水平滑道和压头，所述下模板用来将下模安装在工作台上，并通过支撑板与水平滑道连接在一起；

所述的裙腔芯用模具钢制成，与上模顶板同轴，采用沉头螺钉与上模顶板连接牢固，所述的裙腔芯上设置有内冷腔芯芯头插入的两个锥形孔，锥孔深40-100mm，锥度与内冷腔芯芯头一致；锥形孔上方为圆柱形通孔，清理杆插入圆柱形通孔的内部，并上下运动；所述的裙腔芯的侧面留有与销孔芯接触的圆坑。

2.根据权利要求1所述的钢质内冷活塞的制造模具，其特征在于，所述清理推板的厚度为15-30mm，直径比内冷腔芯直径大10-20mm，所述清理推板由弹簧支撑，所述清理杆垂直安装在清理推板的下方；所述上模体的上面为平面，下面为中央设有斜度为5-10°的圆坑的台阶面，所述圆坑的底面直径与所述下模体的上沿直径一致，圆坑深度5-30mm，中央设有安装裙腔芯的通孔。

3.根据权利要求2所述的钢质内冷活塞的制造模具，其特征在于，所述的上模套设有安装斜导柱的斜孔，该斜孔的内径与所述上模体的外径相一致，采用H7/h6的间隙配合，防止上模体开裂；所述斜导柱的数量为2个或4个，采用对称分布，直径15-40mm，斜度5-15°，安装在上模套的斜孔内。

4.根据权利要求1所述的钢质内冷活塞的制造模具，其特征在于，所述的销孔芯用模具钢制成，前端带过渡圆角，尾端带有与油缸活塞杆链接的内螺纹，水平安装在抽芯油缸的活塞端部，在抽芯油缸带动下水平推进和后退；所述的抽芯油缸是两个水平安装的活塞缸，所述的安装结构是用钢制成的支座，将抽芯油缸与安装平台连接在一起。

5.根据权利要求1所述的钢质内冷活塞的制造模具，其特征在于，所述中模体的左右半模的上部均设有一段圆台，该圆台的直径、高度和锥度与上模体上中央圆坑的直径、高度和锥度对应一致，该圆台的下部为光滑平面，内壁与活塞的外形一致，通过压板和螺钉与中模套固定在一起，随着中模套做水平运动。

6.根据权利要求5所述的钢质内冷活塞的制造模具，其特征在于，在活塞的销孔所在的高度上设置有让销孔芯通过的通孔，该通孔与销孔芯之间为间隙配合，配合间隙0.10-0.25mm，所述的中模套上下面均为光滑平面，在对应位置设置有斜导柱和销孔芯通过的通孔，下部设置有燕尾凸台，安装在燕尾槽内，沿水平方向左右运动，运动行程20-100mm。

7.根据权利要求5所述的钢质内冷活塞的制造模具，其特征在于，所述的料腔为圆筒形，直径为90-150mm，内孔与压头之间为间隙配合，配合间隙0.15-0.30mm，容积为活塞毛坯体积的1.1-1.3倍，用模具钢制成，厚度为30-60mm；所述的水平滑道上安装有燕尾槽；所述的压头用热作模具钢制成，上平面带有与燃烧室内腔相一致的凸起，外径与活塞毛坯外径相同，带有50mm的密封段和30mm的导向段，导向段和密封段间设置有宽度1-3mm的润滑环槽，下端设置有内螺纹与加压油缸活塞连接。

8.根据权利要求7所述的钢质内冷活塞的制造模具，其特征在于，所述中模的内腔与活塞的外轮廓一致，其尺寸等于对应活塞毛坯外轮廓尺寸加上0.8-1.5％的收缩量，所述下模其内腔为料腔，储放金属液，所述裙腔芯用来成型活塞的裙腔，其尺寸等于活塞裙腔毛坯尺寸减去0.8-1.5％的收缩量。

9.一种钢质内冷活塞的制造方法，其特征在于，包括：

第一步，喷涂料：将模具上模与中模及下模分开，将成形压头退回至料腔下部的设定位置，使成形压头与料腔形成的圆孔的容积等于活塞毛坯体积的1.1-1.3倍，对模具的上下模腔表面喷涂涂料；

第二步，安芯：将预热温度在180-250℃的内冷腔芯的芯头插入裙腔芯对应的锥形芯座孔内；

第三步，浇注钢液：将温度高于活塞用钢液相线温度30-100℃、体积等于活塞毛坯体积1.05-1.15倍的钢液在氮气保护下浇入下模中央的料腔内；

第四步，模具闭合、液锻成形：在浇注完毕后设定时间内，将上模下行，同时通过斜导柱使中模的左右半模向中央运动至闭合，上模板的圆形凹坑与中模上部的圆台部接触并加压200-500吨保压；

第五步，启动抽芯油缸，推进销孔芯：将两个销孔芯推进，插入裙腔芯两侧面对应的圆坑内；

第六步，充型和液锻：推动压头将料腔内的钢液以20-100mm/s的速度挤入并充满模腔，增压至80-150MPa，使模腔内的钢液在压力作用下凝固并发生塑性变形；

第七步，开模取件：抽出销孔芯，上模带动裙腔芯上行，通过斜导柱将中模的左右半模分开，活塞毛坯留在原位不动，清理推板带动清理柱下行使裙腔芯的内冷腔芯座孔内的芯头残留顶出，取走包裹有内冷腔芯的活塞毛坯，放入10-80℃水中使活塞毛坯中的内冷腔芯溶化，得到活塞毛坯；

第八步，热处理和去除加工，将活塞毛坯放入热处理炉内进行调质热处理，冷却后进行取出加工，得到钢质内冷活塞。