CN104907778A - 天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，通过不同能源汽车发动机的能源燃烧特性研究，对发动机缸体缸盖结构进行三维模拟计算，逐步完善制造工艺，生产出节能环保发动机专用的主要零部件—缸体、缸盖。采用国内成熟、先进的快速中频熔炼、恒温连续循环浇注生产工艺；采用冷却水、覆膜砂、树脂砂回收再利用技术、自动化控制程序等多项节能新工艺技术和节能装备技术。该工艺技术不但满足燃油汽车发动机的需要，而且也满足许多新能源汽车发动机的需要；同时该产品不但能提高发动机的功率，降低能耗，还能减少汽车尾气排放，大大降低对环境的污染。

Description

天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺

技术领域

本发明涉及一种天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，属于发动机缸盖制造技术领域。

背景技术

发动机缸盖安装在缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。随着节能环保及新能源汽车的快速发展，国际国内发动机所用能源除柴油、汽油外，液化石油气、天然气、甲醇、乙醇等新能源在汽车领域得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，以便更好地生产制造天然气发动机专用缸体缸盖。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，通过不同能源汽车发动机的能源燃烧特性研究，对发动机缸体缸盖结构进行三维模拟计算，逐步完善制造工艺，生产出节能环保发动机专用的主要零部件—缸体、缸盖，其技术先进性主要体现在以下几个方面：

(1)由于发动机缸盖进气道的结构参数对其流通性和涡流比有直接影响，而流通性和涡流比又是影响发动机能源燃烧过程的关键因素，能源燃烧越充分，不但能源损失越小，发动机的功率也会提高，而且使发动机的尾气排放越低，对环境的污染越小。由于不同能源的流通性和涡流比不同，采用三维模拟设计，对不同能源发动机缸盖的进气道分别设计，最终达到汽车发动机节能环保的目的。

(2)由于发动机燃烧室的结构和大小，对发动机动力性能和排放有很大影响，通过利用三维燃烧分析软件FAIR，进行不同能源发动机燃烧过程的模拟计算，分析其燃烧特性，通过数值计算和试验研究获得了兼顾动力性、经济性、排放指标和可靠性的缸盖燃烧室设计，使其发动机缸体达到节能环保的目的。

(3)由于缸体缸盖的生产过程资源和能源耗量较大，实施新工艺后，使缸体缸盖的生产过程达到节能环保的目的。淘汰生产效率低，能耗高的设备,全部采用自动化程度高和低耗能设备，并设计连续循环生产工艺流程，减少能源消耗达到节能目的。产品外型尺寸和结构设计遵循高机械性能的原则，尽量减少资源耗用量，达到节约资源的目的。缸盖生产采用铁覆膜砂铸造工艺，增加覆膜砂回收再生设备，既大大的降低了覆膜砂的耗用量，又减少废砂的污染。由于缸体采用冷硬树脂砂的生产工艺，通过树脂砂回收再生设备对已使用过的树脂砂进行回收再生利用，大大地降低了树脂砂的耗用量，也减少传统生产工艺所产生废砂对环境的污染。

上述工艺中，需要涉及以下主要原辅材料供应

(1)生铁：缸体、缸盖以生铁为原料进行熔炼，然后浇注成型。生铁的主要成分为C、Si、Mn、S、P，根据产品材质的不同牌号选用含不同成分的生铁。

(2)废钢：缸体、缸盖以废钢和生铁为主要原料进行熔炼，然后浇注成型。产品加入废钢可增加产品的延塑性，减少产品脆断。同时利用废料符合环保要求。

(3)覆膜砂：覆膜砂是用天然石材加工而成，具有烧结后强度高，透气性好的特点，易保证铸件外观质量，烧结时无腐蚀性气体，对人体无害。

(4)硅、锰铁：硅、锰铁是孕育的主要材料，用于调整铁水的Si、Mn含量，达到控制铸件材料的目的。

(5)稀土镁：稀土镁是孕育球铁产品的主要材料，用于调整铁水中的稀土成分，达到使铁水球化的目的，从而生产出优质球铁产品。

(6)水玻璃粘接剂：水玻璃粘接剂用于粘接砂型，防止铁水浇注时渗入模型其他部位。

(7)石棉滤网：石棉滤网用于过滤铁水中的杂质，从而净化铁水质量，使铸铁杂质少，提高铸件强度与质量。

(8)石英砂：石英砂是铸造成型的主要材料，石英砂加入纯碱、煤粉、水，经混碾后，用于在模型中舂紧成型，具有湿强度高，透气性好的特点。

(9)白泡石、砂：白泡石是熔炼必不可少的材料，具有耐热温度高的特点，白泡砂是敷制浇包、手浇包的主要材料，主要防止铁水遇冷铁飞溅，同时耐高温，可延长浇包使用寿命。

具体工艺方案为：采用国内成熟、先进的快速中频熔炼、恒温连续循环浇注生产工艺；采用冷却水、覆膜砂、树脂砂回收再利用技术、自动化控制程序等多项节能新工艺技术和节能装备技术。

(1)节能环保专用发动机缸盖生产工艺流程：

覆膜砂配制(再生砂+新砂)→铁覆膜砂射芯造型→涂料→组合→连续循环熔炼浇注→清砂→抛丸→打磨→喷漆→入库→旧砂回收再生。

(2)节能环保专用发动机缸体生产工艺流程：

树脂砂配制(再生砂+新砂)→树脂砂射芯造型→涂料→组合→连续循环熔炼浇注→清砂→抛丸→打磨→喷漆→入库→旧砂回收再生。

上述工艺中，采用特殊环保工艺：

(1)对熔炼电炉的更新改造，全部采用快速熔炼中频电炉，在电炉的电控系统中增安功率因素自动补偿器，同时采用恒温浇注机连续循环浇注，以此减少电炉的预加热时间和功率损失。原电炉熔炼每公斤铁水耗电1.05kwh，生产每套缸体缸盖需熔炼250公斤,耗电262.5kwh，通过技术改造后，熔炼每公斤铁水仅耗电0.89kwh，生产每套缸体缸盖耗电222.5kwh，则每套缸体缸盖减少电耗40kwh，该项节能15.39％。

(2)对铸造生产线缸体缸盖等主要大件能耗大的工序(烘烤、射芯、抛丸清理、砂处理等)均采用生产效率高、能耗低的自动化控制节能设备，并采用连续生产，降低电器设备的启动频率，减少预加热时间，以此降低单件产品的能耗。同时也在此设备的电器系统中增安功率因素自动补偿器，减少电器设备的功率损失，达到进一步节能的目的。目前生产每套缸体缸盖耗电112.5kwh，通过技术改造后，耗电仅90kwh，技改后生产每套缸体缸盖减少耗电22.5kwh，该项节能达20％。

(3)采用新工艺，增加树脂砂回收处理线和覆膜砂回收处理线。将原来倒掉的废砂经回收处理后再利用。之前旧工艺每生产一套缸体缸盖要耗用覆膜砂、树脂砂325kg，采用新工艺后，生产每套缸体缸盖耗砂仅72kg，回收利用率达78％。

旧工艺每生产一套缸体缸盖耗能375kwh，采用新工艺后，每生产一套缸体缸盖耗能312.5kwh，节能16.67％。按年产20万套缸体缸盖，就此降低能耗达1250万kwh，减少覆膜砂、树脂砂用量5万吨，合计价值3625万元。

根据生产工艺技术要求和生产规模以及新组建的生产线，工艺创新须新增覆膜砂、树脂砂回收利用设备、射芯机、壳型机、中频熔炼电炉、起重运输等生产设备和相应的检测设备等。

该发明的有益效果在于：节能环保专用发动机缸体缸盖不但满足燃油汽车发动机的需要，而且也满足许多新能源汽车发动机的需要；同时该产品不但能提高发动机的功率，降低能耗，还能减少汽车尾气排放，大大降低对环境的污染。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例1

本实施例中的天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，通过不同能源汽车发动机的能源燃烧特性研究，对发动机缸体缸盖结构进行三维模拟计算，逐步完善制造工艺，生产出节能环保发动机专用的主要零部件—缸体、缸盖，其技术先进性主要体现在以下几个方面：

(1)由于发动机缸盖进气道的结构参数对其流通性和涡流比有直接影响，而流通性和涡流比又是影响发动机能源燃烧过程的关键因素，能源燃烧越充分，不但能源损失越小，发动机的功率也会提高，而且使发动机的尾气排放越低，对环境的污染越小。由于不同能源的流通性和涡流比不同，采用三维模拟设计，对不同能源发动机缸盖的进气道分别设计，最终达到汽车发动机节能环保的目的。

(2)由于发动机燃烧室的结构和大小，对发动机动力性能和排放有很大影响，通过利用三维燃烧分析软件FAIR，进行不同能源发动机燃烧过程的模拟计算，分析其燃烧特性，通过数值计算和试验研究获得了兼顾动力性、经济性、排放指标和可靠性的缸盖燃烧室设计，使其发动机缸体达到节能环保的目的。

(3)由于缸体缸盖的生产过程资源和能源耗量较大实施技改后，使缸体缸盖的生产过程达到节能环保的目的。淘汰生产效率低，能耗高的设备,全部采用自动化程度高和低耗能设备，并设计连续循环生产工艺流程，减少能源消耗达到节能目的。产品外型尺寸和结构设计遵循高机械性能的原则，尽量减少资源耗用量，达到节约资源的目的。缸盖生产采用铁覆膜砂铸造工艺，增加覆膜砂回收再生设备，既大大的降低了覆膜砂的耗用量，又减少废砂的污染。由于缸体采用冷硬树脂砂的生产工艺，通过树脂砂回收再生设备对已使用过的树脂砂进行回收再生利用，大大地降低了树脂砂的耗用量，也减少传统生产工艺所产生废砂对环境的污染。

上述工艺中，需要涉及以下主要原辅材料供应

(1)生铁：缸体、缸盖以生铁为原料进行熔炼，然后浇注成型。生铁的主要成分为C、Si、Mn、S、P，根据产品材质的不同牌号选用含不同成分的生铁。

(2)废钢：缸体、缸盖以废钢和生铁为主要原料进行熔炼，然后浇注成型。产品加入废钢可增加产品的延塑性，减少产品脆断。同时利用废料符合环保要求。

(3)覆膜砂：覆膜砂是用天然石材加工而成，具有烧结后强度高，透气性好的特点，易保证铸件外观质量，烧结时无腐蚀性气体，对人体无害。

(4)硅、锰铁：硅、锰铁是孕育的主要材料，用于调整铁水的Si、Mn含量，达到控制铸件材料的目的。

(5)稀土镁：稀土镁是孕育球铁产品的主要材料，用于调整铁水中的稀土成分，达到使铁水球化的目的，从而生产出优质球铁产品。

(6)水玻璃粘接剂：水玻璃粘接剂用于粘接砂型，防止铁水浇注时渗入模型其他部位。

(7)石棉滤网：石棉滤网用于过滤铁水中的杂质，从而净化铁水质量，使铸铁杂质少，提高铸件强度与质量。

(8)石英砂：石英砂是铸造成型的主要材料，石英砂加入纯碱、煤粉、水，经混碾后，用于在模型中舂紧成型，具有湿强度高，透气性好的特点。

(9)白泡石、砂：白泡石是熔炼必不可少的材料，具有耐热温度高的特点，白泡砂是敷制浇包、手浇包的主要材料，主要防止铁水遇冷铁飞溅，同时耐高温，可延长浇包使用寿命。

具体工艺方案为：采用国内成熟、先进的快速中频熔炼、恒温连续循环浇注生产工艺；采用冷却水、覆膜砂、树脂砂回收再利用技术、自动化控制程序等多项节能新工艺技术和节能装备技术。

(1)节能环保专用发动机缸盖生产工艺流程：

覆膜砂配制(再生砂+新砂)→铁覆膜砂射芯造型→涂料→组合→连续循环熔炼浇注→清砂→抛丸→打磨→喷漆→入库→旧砂回收再生。

(2)节能环保专用发动机缸体生产工艺流程：

树脂砂配制(再生砂+新砂)→树脂砂射芯造型→涂料→组合→连续循环熔炼浇注→清砂→抛丸→打磨→喷漆→入库→旧砂回收再生。

上述工艺中，采用特殊环保工艺：

(1)对熔炼电炉的更新改造，全部采用快速熔炼中频电炉，在电炉的电控系统中增安功率因素自动补偿器，同时采用恒温浇注机连续循环浇注，以此减少电炉的预加热时间和功率损失。原电炉熔炼每公斤铁水耗电1.05kwh，生产每套缸体缸盖需熔炼250公斤,耗电262.5kwh，通过技术改造后，熔炼每公斤铁水仅耗电0.89kwh，生产每套缸体缸盖耗电222.5kwh，则每套缸体缸盖减少电耗40kwh，该项节能15.39％。

(2)对铸造生产线缸体缸盖等主要大件能耗大的工序(烘烤、射芯、抛丸清理、砂处理等)均采用生产效率高、能耗低的自动化控制节能设备，并采用连续生产，降低电器设备的启动频率，减少预加热时间，以此降低单件产品的能耗。同时也在此设备的电器系统中增安功率因素自动补偿器，减少电器设备的功率损失，达到进一步节能的目的。目前生产每套缸体缸盖耗电112.5kwh，通过技术改造后，耗电仅90kwh，技改后生产每套缸体缸盖减少耗电22.5kwh，该项节能达20％。

(3)采用新工艺，增加树脂砂回收处理线和覆膜砂回收处理线。将原来倒掉的废砂经回收处理后再利用。之前旧工艺每生产一套缸体缸盖要耗用覆膜砂、树脂砂325kg，采用新工艺后，生产每套缸体缸盖耗砂仅72kg，回收利用率达78％。

旧工艺每生产一套缸体缸盖耗能375kwh，采用新工艺后，每生产一套缸体缸盖耗能312.5kwh，节能16.67％。按年产20万套缸体缸盖，就此降低能耗达1250万kwh，减少覆膜砂、树脂砂用量5万吨，合计价值3625万元。

根据生产工艺技术要求和生产规模以及新组建的生产线，工艺创新须新增覆膜砂、树脂砂回收利用设备、射芯机、壳型机、中频熔炼电炉、起重运输等生产设备和相应的检测设备等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，其特征在于：通过不同能源汽车发动机的能源燃烧特性研究，对发动机缸体缸盖结构进行三维模拟计算，逐步完善制造工艺，生产出节能环保发动机专用的主要零部件—缸体、缸盖，其技术先进性主要体现在以下几个方面：

(1)采用三维模拟设计，对不同能源发动机缸盖的进气道分别设计，最终达到汽车发动机节能环保的目的；

(2)通过利用三维燃烧分析软件FAIR，进行不同能源发动机燃烧过程的模拟计算，分析其燃烧特性，通过数值计算和试验研究获得了兼顾动力性、经济性、排放指标和可靠性的缸盖燃烧室设计，使其发动机缸体达到节能环保的目的；

(3)淘汰生产效率低，能耗高的设备,全部采用自动化程度高和低耗能设备，并设计连续循环生产工艺流程，减少能源消耗达到节能目的；产品外型尺寸和结构设计遵循高机械性能的原则，尽量减少资源耗用量，达到节约资源的目的；缸盖生产采用铁覆膜砂铸造工艺，缸体采用冷硬树脂砂的生产工艺，通过树脂砂回收再生设备对已使用过的树脂砂进行回收再生利用，大大地降低了树脂砂的耗用量，也减少传统生产工艺所产生废砂对环境的污染。

2.根据权利要求1所述的天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，其特征在于：上述工艺中，需要涉及以下主要原辅材料供应：

(1)生铁：缸体、缸盖以生铁为原料进行熔炼，然后浇注成型；生铁的主要成分为C、Si、Mn、S、P，根据产品材质的不同牌号选用含不同成分的生铁；

(2)废钢：缸体、缸盖以废钢和生铁为主要原料进行熔炼，然后浇注成型；

(3)覆膜砂：覆膜砂是用天然石材加工而成，具有烧结后强度高，透气性好的特点，易保证铸件外观质量，烧结时无腐蚀性气体，对人体无害；

(4)硅、锰铁：硅、锰铁是孕育的主要材料，用于调整铁水的Si、Mn含量，达到控制铸件材料的目的；

(5)稀土镁：稀土镁是孕育球铁产品的主要材料，用于调整铁水中的稀土成分，达到使铁水球化的目的，从而生产出优质球铁产品；

(6)水玻璃粘接剂：水玻璃粘接剂用于粘接砂型，防止铁水浇注时渗入模型其他部位；

(7)石棉滤网：石棉滤网用于过滤铁水中的杂质，从而净化铁水质量，使铸铁杂质少，提高铸件强度与质量；

(8)石英砂：石英砂是铸造成型的主要材料，石英砂加入纯碱、煤粉、水，经混碾后，用于在模型中舂紧成型，具有湿强度高，透气性好的特点；

(9)白泡石、砂：白泡石是熔炼必不可少的材料，具有耐热温度高的特点，白泡砂是敷制浇包、手浇包的主要材料，主要防止铁水遇冷铁飞溅，同时耐高温，可延长浇包使用寿命。

3.根据权利要求1所述的天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，其特征在于：具体工艺方案为：采用国内成熟、先进的快速中频熔炼、恒温连续循环浇注生产工艺；采用冷却水、覆膜砂、树脂砂回收再利用技术、自动化控制程序等多项节能新工艺技术和节能装备技术，其中：

(1)节能环保专用发动机缸盖生产工艺流程：

覆膜砂配制(再生砂+新砂)→铁覆膜砂射芯造型→涂料→组合→连续循环熔炼浇注→清砂→抛丸→打磨→喷漆→入库→旧砂回收再生；

(2)节能环保专用发动机缸体生产工艺流程：

树脂砂配制(再生砂+新砂)→树脂砂射芯造型→涂料→组合→连续循环熔炼浇注→清砂→抛丸→打磨→喷漆→入库→旧砂回收再生。

4.根据权利要求1所述的天然气发动机专用缸体缸盖环保制造工艺，其特征在于：上述工艺中，采用特殊环保工艺：

(1)对熔炼电炉的更新改造，全部采用快速熔炼中频电炉，在电炉的电控系统中增安功率因素自动补偿器，同时采用恒温浇注机连续循环浇注，以此减少电炉的预加热时间和功率损失；

(2)对铸造生产线缸体缸盖等主要大件能耗大的工序均采用生产效率高、能耗低的自动化控制节能设备，并采用连续生产，降低电器设备的启动频率，减少预加热时间，以此降低单件产品的能耗；同时也在此设备的电器系统中增安功率因素自动补偿器，减少电器设备的功率损失，达到进一步节能的目的；

(3)通过技改投入树脂砂回收处理线和覆膜砂回收处理线，将原来倒掉的废砂经回收处理后再利用。