CN104707939B - 柴油机缸盖的铸造砂芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机缸盖的铸造砂芯。该铸造砂芯包括：复合整体式砂芯，包括：底盘部、进气道部、排气道部、上水套部、下水套部和挺杆孔部，以及开设在该复合整体式砂芯内部的排气系统通道；该复合整体式砂芯的底部开设了清砂窗；底盘芯，其具有容纳所述复合整体式砂芯的组芯框位、组芯让位、砂芯排气通道和浇系位，所述砂芯排气通道与排气系统通道连通；上盖盘芯，其开设有第一直浇道；以及浇系辅助芯，其具有第二直浇道和第一横浇道。使用该复合整体式砂芯的柴油机缸盖铸造方法可获得形状准确，壁厚均匀的缸盖，实现了进排气道，上下水套铸造无浮芯现象，缸盖水腔无结合面，成品铸件无水套披锋，水腔高清洁度的柴油机缸盖。

Description

柴油机缸盖的铸造砂芯

技术领域

本发明涉及柴油机缸盖的铸造领域，特别涉及一种柴油机缸盖的铸造砂芯。

背景技术

柴油机缸盖是柴油发动机的核心部件。缸盖外部有外形状，内部由复杂的进气道，排气道，冷却水室，油道，喷油器座等结构构成，缸盖的底面有进气门，排气门等结构，是一个典型的复杂薄壁的箱体式零件，毛坯都用铸造方法制造来获得。

现有柴油机缸盖由底盘芯、下水套芯、进气道芯、排气道芯、上水套芯、挺杆孔芯、盖盘芯，组装成一体后，浇铸铁水冷却后获得缸盖毛坯。6种砂芯在组装过程中由于存在间隙，造成偏移等因素，不能够准确且精密组装在一起，致使壁厚不均匀；特别是进、排气道砂芯与底盘砂芯组装定位，为了避免进、排气道砂芯在浇铸过程中受铁水浮力的作用下上浮，采用的措施通常是用粘胶涂在底盘芯的进排气道芯头位，再结合进排气道砂芯用螺钉紧固的方式把进排气道紧固于底盘芯，但是此种方法不但复杂且不能在高温金属液充型后从根本上解决砂芯上浮的弊端，从而影响进排气道在铸件中的正确位置，成为长期影响气道参数一致性的主要因素，进而影响进排气道的性能。柴油机缸盖水套非常复杂，通常分为上下水套两部分，在缸盖铸造时通过组装形成完整的水套。由于分成上下水套砂芯，在制造生产完成后，存在平面度误差，组芯后分型会有间隙，需人工再次磨平结合面，结合面经过磨平工序后会使缸盖水套腔的容水体积减少，容水体积减少不利于缸盖的冷却。上下水套在铸造前时，在其结合面处通过上粘胶的方式把上下水套粘成一个整体，然后再铸造，由于上下水套是粘结的不是一个整体，在铸造过程中砂芯受到铁水高温高压高浮力的作用下，铁水往上下水套砂芯结合面处渗入，冷却凝固后形成水套内腔沿分型面周边存在金属片状的披锋，且无法清理掉，造成水腔分层阻碍，尤其以进排气道之间的鼻梁区更为严重，水套披锋的存在影响缸盖水套内水流场的通畅性，和温度场的均匀性分布，最终影响柴油机的整机性能和可靠性。

现有的柴油机缸盖的砂芯通常使用：模具、造型机、制芯机进行生产制造。此种生产方法，此种方法多用于成熟悉产品上，其模具设计制造成本较高，制造周期长，不能满足柴油机缸盖快速生产制造，特别在新产品开发验证过程中，其验证速度已经不能满足新产品的快速制造、快速验证。新产品的试制生产从而影响新产品的开发周期；并由于新产品存在更改优化等不确定因素，都会引起模具的更改，严重时可会导致模具的报废。故现有的柴油机缸盖铸造方法，都不能满足新产品的样机快速铸造验证的要求，以及小批快速制造要求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单合理的柴油机缸盖的铸造砂芯，该柴油机缸盖的铸造砂芯高度集成了现有柴油机缸盖的底盘，进气道、排气道、上水套、下水套、挺杆孔芯六种砂芯形状；并在砂芯内部形成水套、进气道、排气道等关键部位内置式中空随形独特的排气系统通道，使用该复合整体式砂芯的柴油机缸盖铸造方法可获得形状准确，壁厚均匀的缸盖，实现了进排气道，上下水套铸造无浮芯现象，缸盖水腔无结合面，成品铸件无水套披锋，水腔高清洁度的柴油机缸盖，达到了铸造成本低，开发周期短效果，具有快速、低成本、无需模具投入的优点。为新产品的样机验证机，小批生产铸件快速低成本生产提供了保证。

为实现上述目的，本发明提供了柴油机缸盖的铸造砂芯，包括：复合整体式砂芯，包括：底盘部、进气道部、排气道部、上水套部、下水套部和挺杆孔部，以及开设在该复合整体式砂芯内部的排气系统通道；该复合整体式砂芯的底部开设了清砂窗；底盘芯，其具有容纳所述复合整体式砂芯的组芯框位、组芯让位、砂芯排气通道和浇系位，所述砂芯排气通道与排气系统通道连通；上盖盘芯，其开设有第一直浇道；以及浇系辅助芯，其具有第二直浇道和第一横浇道。

优选地，上述技术方案中，排气系统通道与该复合整体式砂芯的进气道部、排气道部、上水套部、下水套部中空随形内置。

优选地，上述技术方案中，排气系统通道具有排气孔。

优选地，上述技术方案中，清砂窗为矩形。

优选地，上述技术方案中，复合整体式砂芯采用激光烧结成型。

优选地，上述技术方案中，底盘芯、上盖盘芯及浇系辅助芯采用数字化无模成型机数铣加工。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该柴油机缸盖的铸造砂芯高度集成了现有柴油机缸盖的底盘，进气道、排气道、上水套、下水套、挺杆孔芯六种砂芯形状；并在砂芯内部形成水套、进气道、排气道等关键部位内置式中空随形独特的排气系统通道，使用该复合整体式砂芯的柴油机缸盖铸造方法可获得形状准确，壁厚均匀的缸盖，实现了进排气道，上下水套铸造无浮芯现象，缸盖水腔无结合面，成品铸件无水套披锋，水腔高清洁度的柴油机缸盖，达到了铸造成本低，开发周期短效果，具有快速、低成本、无需模具投入的优点。为新产品的样机验证机，小批生产铸件快速低成本生产提供了保证。

附图说明

图1为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的结构示意图；

图2为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的复合整体式砂芯俯视方向结构示意图。

图3为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的复合整体式砂芯横向剖视结构示意图。

图4为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的复合整体式砂芯纵向剖视结构示意图。

图5为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的复合整体式砂芯仰视方向结构示意图。

图6为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的底盘芯结构示意图。

图7为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的上盖盘芯结构示意图。

图8为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的浇系辅助芯结构示意图。

图9为本发明的柴油机缸盖的铸造砂芯的铸造工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的柴油机缸盖的铸造砂芯的具体包括：复合整体式砂芯1、底盘芯2、上盖盘芯3及浇系辅助芯4。其中，底盘芯2仅为容纳复合整体式砂芯1的空腔以及部分浇系形状。底盘芯、上盖盘芯及浇系辅助芯则由数字化无模成型机数铣加工出精准砂芯形成，复合整体式砂芯1集成了现有柴油机缸盖的底盘砂芯、下水套砂芯、进气道砂、排气道砂芯、上水套芯、挺杆孔芯六种砂芯形状；并在砂芯内部形成水套、进气道、排气道等关键部位内置式中空随形独特的排气系统通道，使用该复合整体式砂芯的柴油机缸盖铸造方法可获得形状准确，壁厚均匀的缸盖，实现了进排气道，上下水套铸造无浮芯现象，缸盖水腔无结合面，成品铸件无水套披锋，水腔高清洁度的柴油机缸盖，达到了铸造成本低，开发周期短效果，具有快速、低成本、无需模具投入的优点。为新产品的样机验证机，小批生产铸件快速低成本生产提供了保证。

复合整体式砂芯1采用高精高效数字化柔性制芯技术来生产，主要是基于激光烧结成型可以加工任意形状的特点，利用激光热成型3D打印技术，扩展快速制造出任意形状的特点，颠覆传统射砂制芯技术，把缸盖传统工艺的底盘砂芯、下水套砂芯、进气道砂、排气道砂芯、上水套芯、挺杆孔芯经过3D打印技术处理优化设计，把6个砂芯整合成1个复合整体式砂芯，达到“6合1”的高度集中、简化、快速铸造优质缸盖。具体来讲，如图2至图5所示，复合整体式砂芯1包括：底盘部11、进气道部12、排气道部13、上水套部14、下水套部15和挺杆孔部16，以及开设在该复合整体式砂芯1内部的排气系统通道17，该排气系统通道17具有排气孔18，该排气系统通道17与该复合整体式砂芯1的水套、进气道、排气道等关键部位中空随形内置，能够保证金属液充型后迅速有效地排气，使得气孔造成的废品率降低，从而保证缸盖毛坯的质量更好，因其优越的排气性能是模制造砂芯无法实现的。该复合整体式砂芯1实现进、排气道与上、下水套、底盘芯成为一个整体，成功实现了进排气道、上下水套铸造中浮芯现象，上下水套无结合面，缸盖水套无披锋的高清洁度，从而保障了缸盖水套内水流场的通畅性和温度场的均匀性分布，达到高效的冷却效果。并能够把原上下水套砂芯中进排气道之间的缸盖鼻梁区由于分为两部份而造成很薄弱，强度最低部位，通过整体式砂芯而连成一体，从而加强砂芯强度，加大铸造时抵抗铁水高温的蠕变力。还能够保证各砂芯特别是进排气道与水套准确的相对位置关系，从而保证进排气道的性能更符合设计的要求，使得缸盖的性能更好，柴油机的整机性能更优。保证缸盖成品的铸件壁厚更均匀，避免了原分开的多芯组芯误差造成壁厚不均匀的现象，从而保证缸盖的整体强度更优。另外，该复合整体式砂芯1集成了多个砂芯，减少了组芯工序，相应提高了组芯的效率，也提高了生产效率，提高了下芯准确率。

为了快速清除激光烧结成型的该复合整体式砂芯1内部的浮砂，特别在其底部开设了清砂窗19，此清砂窗解决了整体砂芯由于集成了六个砂芯特别是进排气道、上下水套形状复杂，砂芯空隙小且弯曲造成的浮砂不易清洁干净的困难。清砂窗能够顺利清排出复合整体砂芯的复杂内腔的浮砂，并可观察检查砂芯质量；清砂窗在浇铸时用堵块密封好即可。优选地，清砂窗19为矩形。

如图6所示，由于采取了复合整体式砂芯1，底盘芯2变得更简单，其形状与传统方式的底盘芯完全不一样。底盘芯2具有容纳复合整体式砂芯1的组芯框位21、组芯让位22、砂芯排气通道23和浇系位24，复合整体式砂芯1设置在底盘芯2的组芯框位21内时，砂芯排气通道23与排气系统通道17连通。

如图7和图8所示，上盖盘芯3上开设有第一直浇道31，浇系辅助芯4具有第二直浇道41和第一横浇道42。底盘芯2、上盖盘芯3及浇系辅助芯4则由数字化无模成型机数铣加工出精准砂芯形成，使用数字化无模成型机加工出的砂型砂芯具有制造速度快，成本低，精度及形状尺寸准确，且不用模具制造的优点，省去了开模具时间和制模成本。高精高效数字化柔性制芯技术包含了3D打印技术+数字化无模成型加工技术的组合联用。

如图9所示，具体的铸造方案采用一箱一件的铸造工艺，具体包括：浇口杯51、第三直浇道52、滤网53、第二横浇道54、内浇道55和铸件56。

组芯工艺：A.底盘芯2置于一浇铸钢平台上；B.复合整体式砂芯1装入组芯框位21内精确定位，并检查无误；C.依次装入浇系辅助砂芯4，分别在底盘芯2的组芯让位内填入自硬砂固定复合整体式砂芯及浇系辅助芯；D.装入上盖盘芯3即可；E.最后用防浮压板夹紧砂芯组，浇铸入铁液，冷却后便或获得缸盖。

综上，该柴油机缸盖的铸造砂芯高度集成了现有柴油机缸盖的底盘，进气道、排气道、上水套、下水套、挺杆孔芯六种砂芯形状；并在砂芯内部形成水套、进气道、排气道等关键部位内置式中空随形独特的排气系统通道，使用该复合整体式砂芯的柴油机缸盖铸造方法可获得形状准确，壁厚均匀的缸盖，实现了进排气道，上下水套铸造无浮芯现象，缸盖水腔无结合面，成品铸件无水套披锋，水腔高清洁度的柴油机缸盖，达到了铸造成本低，开发周期短效果，具有快速、低成本、无需模具投入的优点。为新产品的样机验证机，小批生产铸件快速低成本生产提供了保证。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种柴油机缸盖的铸造砂芯，其特征在于，包括：

复合整体式砂芯，包括：底盘部、进气道部、排气道部、上水套部、下水套部和挺杆孔部，以及开设在该复合整体式砂芯内部的排气系统通道；该复合整体式砂芯的底部开设了清砂窗；

底盘芯，其具有容纳所述复合整体式砂芯的组芯框位、组芯让位、砂芯排气通道和浇系位，所述砂芯排气通道与排气系统通道连通；

上盖盘芯，其开设有第一直浇道；以及

浇系辅助芯，其具有第二直浇道和第一横浇道。

2.根据权利要求1所述的柴油机缸盖的铸造砂芯，其特征在于，所述排气系统通道与该复合整体式砂芯的进气道部、排气道部、上水套部、下水套部中空随形内置。

3.根据权利要求1所述的柴油机缸盖的铸造砂芯，其特征在于，所述排气系统通道具有排气孔。

4.根据权利要求1所述的柴油机缸盖的铸造砂芯，其特征在于，所述清砂窗为矩形。

5.根据权利要求1所述的柴油机缸盖的铸造砂芯，其特征在于，所述复合整体式砂芯采用激光烧结成型。

6.根据权利要求1所述的柴油机缸盖的铸造砂芯，其特征在于，所述底盘芯、上盖盘芯及浇系辅助芯采用数字化无模成型机数铣加工。