CN106141095B - 集成式复合气缸盖的铸造砂芯组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式复合气缸盖的铸造砂芯组，包括临时砂芯组、缸孔水套砂型、组合砂型、盖盘砂型和浇系砂型，临时砂芯组由一体式底盘砂型、前砂型、后砂型、右砂型、凸轮挺杆砂型和左砂型组装而成，一体式底盘砂型上集成有气缸孔的缸孔成型部，缸孔水套砂型上集成有用来成型上水通道的通道成型部，浇系砂型包括直浇道、主横浇道、两个分横浇道以及若干个L形内浇道，直浇道的下段部分形成于前砂型内部，直浇道的上段部分由浇注砂型提供，主横浇道形成于一体式底盘砂型的前端内部，两个分横浇道以及若干个L形内浇道分别形成于右砂型和左砂型的内部。该砂芯组用于成功铸造出零件复杂程度高的集成式复合气缸盖。

Description

集成式复合气缸盖的铸造砂芯组

技术领域

本发明涉及铸造领域，特别涉及一种集成式复合气缸盖的铸造砂芯组。

背景技术

气缸盖作为传统内燃发动机的一个关键零部件，和气缸体、气缸套一起组成发动机的核心构架。气缸盖安装于气缸体之上，气缸套安装于气缸体的气缸孔当中，气缸盖和活塞、气缸套组成发动机的燃烧室，活塞在气缸套内作往复运动。另外，气缸盖上面安装配气机构、喷油糸统以及罩盖。

传统的气缸盖一般是个幅板式箱状结构，内腔由气道、气门安装结构、气缸盖螺栓孔柱子、喷油器孔座、气孔柱子及这些结构周围的水套空腔组成，结构复杂，铸造困难。发动机工作时水套空腔充满冷却液，对气门及气门座圈、气缸盖底板进行必要的冷却，其铸造方法通常是侧铸或平铸。

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集成式复合气缸盖的铸造砂芯组，用于成功铸造出零件复杂程度高的集成式复合气缸盖。

为实现上述目的，本发明提供了一种集成式复合气缸盖的铸造砂芯组，该集成式复合气缸盖包括进气道、排气道、喷油器安装孔、缸盖上水套、缸盖下水套、气缸孔、缸孔水套和凸轮挺杆孔，缸盖下水套和缸孔水套由上水通道连通，铸造砂芯组用来成型集成式复合气缸盖铸件，铸造砂芯组包括：临时砂芯组，其由一体式底盘砂型、前砂型、后砂型、右砂型、凸轮挺杆砂型和左砂型组装而成，一体式底盘砂型上集成有气缸孔的缸孔成型部；缸孔水套砂型，其组装在临时砂芯组上，缸孔水套砂型竖直放置，缸孔水套砂型上集成有用来成型上水通道的通道成型部；组合砂型，其包括缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型，通道成型部与缸盖下水套砂型的接触部位填充耐火且可压缩的纤维材料；盖盘砂型，盖盘砂型与前砂型、后砂型、右砂型和左砂型共同用于成型集成式复合气缸盖的顶面和四围形状；以及浇系砂型，浇系砂型包括：直浇道，其竖立设置，直浇道的上端具有浇口杯，直浇道位于集成式复合气缸盖铸件的长度方向的一侧，直浇道的下段部分形成于前砂型内部，直浇道的上段部分由浇注砂型提供；主横浇道，其两端设置有滤网，直浇道的底端与主横浇道连通，主横浇道与集成式复合气缸盖铸件的宽度方向平行，主横浇道形成于一体式底盘砂型的前端内部；两个分横浇道，该两个分横浇道并列设置且与集成式复合气缸盖铸件的长度方向平行，该两个分横浇道处于集成式复合气缸盖铸件的下方的两侧，两个分横浇道的一端分别与主横浇道的两端连通，两个分横浇道与主横浇道组成U形状，两个分横浇道的另一端分别设有集渣包，两个分横浇道分别形成于右砂型和左砂型的内部；以及若干个L形内浇道，其均匀的设置在两个分横浇道的内侧，每个L形内浇道的出口端为渐缩状，该若干个L形内浇道用来将金属液导入铸型中，若干个L形内浇道分别形成于右砂型和左砂型的内部。

优选地，一体式底盘砂型上还集成有滤网的安装位。

优选地，组合砂型的缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型采用3D打印成型技术一次成型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过一体式底盘，四向合型，组合砂型，逐层组芯的方式组装的整个砂型，使得集成式复合气缸盖的缸孔水套砂型以竖直姿态(即直列式柴油机缸孔工作状态)保持在铸型中，易于获得壁厚均匀且变形小的缸孔形状，组合砂型的应用集成了多种砂芯，简化了组型工艺及组型次数，组型更简单准确，进气道、排气道在浇铸过程中不会上浮，进气道、排气道壁厚更均匀，气道性能更优。

附图说明

图1是本发明中集成式复合气缸盖的剖视图；

图2是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中涉及到的浇注系统的原理图；

图3是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组的组装图；

图4是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中一体式底盘砂型的结构示意图；

图5是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中前砂型的结构示意图；

图6是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中后砂型的结构示意图；

图7是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中右砂型的结构示意图；

图8是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中左砂型的结构示意图；

图9是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中凸轮挺杆砂型的结构示意图；

图10是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中缸孔水套砂型的结构示意图；

图11是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中组合砂型的结构示意图；

图12是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中盖盘砂型的结构示意图；

图13是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中浇注砂型的结构示意图；

图14是根据本发明的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组中临时砂型组的结构示意图。

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。

首先，结合图2说明本实施例中浇注系统的工作原理，该浇注系统包括直浇道12、主横浇道13、两个分横浇道15以及若干个L形内浇道16，其中直浇道12竖立设置，直浇道12的上端具有浇口杯11，直浇道12位于集成式复合气缸盖铸件100的长度方向的一侧，主横浇道13的两端设置有滤网14，直浇道12的底端与主横浇道13连通，主横浇道13与集成式复合气缸盖铸件100的宽度方向平行，两个分横浇道15并列设置且与集成式复合气缸盖铸件100的长度方向平行，该两个分横浇道15处于集成式复合气缸盖铸件100的下方的两侧，两个分横浇道15的一端分别与主横浇道13的两端连通，两个分横浇道15与主横浇道13组成U形状，两个分横浇道15的另一端分别设有集渣包，若干个L形内浇道16均匀的设置在两个分横浇道15的内侧，每个L形内浇道16的出口端为渐缩状，该若干个L形内浇道16用来将金属液导入铸型中。该浇注系统可以实现侧浇底注，利用该浇注系统可以实现气缸盖缸顶朝上，气缸盖缸孔水套立放，气缸孔向下的垂直浇铸，

在具体铸造中，金属液从浇口杯11流经直浇道12，到达主横浇道13，通过2块滤网14，金属液的渣被滤网14隔离，干静的金属液分成左右两股，通过分横浇道(两个分横浇道15)，金属液一直流动到分横浇道未端的集渣包，金属液残留的细小渣会集到时集渣包内，当金属液充满分横浇道时，再经L形内浇道16流入铸型。本实施例中，L形内浇道16与铸件连接部分的形状为渐缩状，可以设计为外扩的“八”字型，此形状的优点为金属液流经“八”字型时金属液的流速由快减慢，达到金属液快速到达缓速充型的效果，有利于金属液充型快而平稳，不是喷射激进充型，有利于型腔气排出，铸件不易产生气孔的铸造缺陷。且金属液能快速平稳进入铸型，浇铸时间快，金属液的最终温度高，铸件不易产生冷隔的铸造缺陷。另外，金属液经过滤网14及集渣包的过滤挡渣效果良好，进入铸型的金属液干净，铸件不易产生渣眼的铸造缺陷。以实现充型平稳均匀，挡渣效果好，排气顺畅，缸孔水套壁厚均匀，进气道、排气道浇铸中不上浮，且进气道、排气道壁厚均匀，成品率高，出品率高，以及产品质量好。

本实施例中，浇注系统与成型集成式复合气缸盖的砂芯一体设计成本实施例的砂芯组，所以，该铸造砂芯组包括一体式底盘砂型1、前砂型2、后砂型3、右砂型4、左砂型5、凸轮挺杆砂型6、缸孔水套砂型7、组合砂型8(其中组合砂型8包括缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型)、盖盘砂型10以及浇系砂型。

具体地，如图1至图13所示，根据本发明具体实施方式的一种集成式复合气缸盖的铸造砂芯组，该集成式复合气缸盖包括进气道、排气道(图1中示出进气道101)、喷油器安装孔、缸盖上水套102、缸盖下水套103、气缸孔105、缸孔水套104和凸轮挺杆孔(参见图1)，缸盖下水套103和缸孔水套104由上水通道连通，该铸造砂芯组用来成型集成式复合气缸盖铸件100。本实施例中，铸造砂芯组由一体式底盘砂型1、前砂型2、后砂型3、右砂型4、左砂型5、凸轮挺杆砂型6、缸孔水套砂型7、组合砂型8、盖盘砂型10以及浇系砂型组合而成。其中，由一体式底盘砂型1、前砂型2、后砂型3、右砂型4、凸轮挺杆砂型6和左砂型5组装成临时砂芯组(参见图14)，一体式底盘砂型1上集成有气缸孔105的缸孔成型部，缸孔水套砂型7组装在临时砂芯组上，缸孔水套砂7型竖直放置，缸孔水套砂型7上集成有用来成型上水通道的通道成型部。组合砂型8包括缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型，通道成型部与缸盖下水套砂型的接触部位填充耐火且可压缩的纤维材料。盖盘砂型10与前砂型2、后砂型3、右砂型4和左砂型5共同用于成型集成式复合气缸盖的顶面和四围形状。

具体地，如图3和图2所示，浇系砂型包括直浇道12、主横浇道13、两个分横浇道15以及若干个L形内浇道16。其中，直浇道12竖立设置，直浇道12的上端具有浇口杯11，直浇道12位于集成式复合气缸盖铸件的长度方向的一侧，直浇道12的下段部分形成于前砂型2内部，直浇道12的上段部分由浇注砂型9提供(参见图13)。主横浇道13的两端设置有滤网14，直浇道12的底端与主横浇道13连通，主横浇道13与集成式复合气缸盖铸件的宽度方向平行，主横浇道13形成于一体式底盘砂型1的前端内部。两个分横浇道5并列设置且与集成式复合气缸盖铸件的长度方向平行，该两个分横浇道15处于集成式复合气缸盖铸件的下方的两侧，两个分横浇道15的一端分别与主横浇道13的两端连通，两个分横浇道15与主横浇道13组成U形状，两个分横浇道15的另一端分别设有集渣包，两个分横浇道15分别形成于右砂型4和左砂型5的内部。若干个L形内浇道16均匀的设置在两个分横浇道15的内侧，每个L形内浇道16的出口端为渐缩状，该若干个L形内浇道16用来将金属液导入铸型中，若干个L形内浇道16也分别形成于右砂型4和左砂型的5内部。

作为一种优选实施例，一体式底盘砂型1上集成有滤网14的安装位。

作为一种优选实施例，组合砂型8的缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型采用3D打印成型技术一次成型。

上述方案中，参见图4，一体式底盘砂型1集成了气缸孔105的缸孔成型部和滤网的安装位，与前砂型2、后砂型3、右砂型4、左砂型5、凸轮挺杆砂型6的安装定位部，参见图4和图14，前砂型2、后砂型3、右砂型4、左砂型5和凸轮挺杆砂型6按照图14的方式安装在一体式底盘砂型1上。还有，一体式底盘砂型1还集成有集渣包的下部分。本实施例中，气缸孔105的缸孔成型部集成在一体式底盘砂型1上的优点是缸孔形状与一体式底盘砂型1一起成形，无2次组芯误差，相对位置更精准，能保证缸孔与缸孔之间的相对距离，确保缸孔的壁厚均匀。

如图5所示，前砂型2用来成型气缸盖前端面部分形状，前砂型2集成有凸轮挺杆砂型6的芯头位及与右砂型4、左砂型5的安装配合面，其余部位为与一体式底盘砂型1的安装配合面。本实施例中，前砂型2和浇注砂型9共同形成直浇道12，其中直浇道12的下段部分形成于前砂型2内部，浇注砂型9提供直浇道12的上段部分(参见图13)。

如图6所示，后砂型3用来成型气缸盖的后端面部分形状，后砂型3集成有凸轮挺杆砂型6的芯头位和缸孔水套砂型7的芯头位，及与右砂型4、左砂型5的安装配合面和与组合砂型8的凸形定位部，其余部位为与一体式底盘砂型1的安装配合面。

如图7所示，右砂型4用来成型气缸盖的右侧面部分形状，后砂型3集成有右侧的分横浇道及内浇道，及与前砂型2、后砂型3的安装配合面，还包括与组合砂型8的凸形定位部及缸孔水套砂型7的芯头位，其余部位为与一体式底盘砂型1的安装配合面。另外，右砂型4还集成有集渣包的上部分。

如图8所示，左砂型5用来成型气缸盖的左侧面部分形状，后砂型3集成有左侧的分横浇道及内浇道，及与前砂型2、后砂型3的安装配合面，还包括与组合砂型8的凸形定位部，其余部位为与一体式底盘砂型1的安装配合面。另外，左砂型5还集成有集渣包的上部分。

如图9所示，凸轮挺杆砂型6用来成型凸轮轴孔及挺杆孔的形状，凸轮挺杆砂型6集成有与一体式底盘砂型1安装的芯头位以及与前砂型2、后砂型3、左砂型5的安装定位部。

如图10所示，缸孔水套砂型7用来成型缸孔水套及横水道形状，与缸盖下水套相连通的上水孔形状，还有支撑缸孔水套垂直竖放姿态的砂型安装支承位。

如图11所示，组合砂型8用来成型缸盖上水套、缸盖下水套、进气道和排气道的形状，组合砂型8是多种形状砂型的组合体，采用3D打印成型技术一次成型，能够精确的保证砂型的形状尺寸，以及形状之间的相对位置，能够保证铸件的壁厚均匀，特别是进气道、排气道与缸盖水套的进气道、排气道外壳的复杂形状相应匹配及壁厚的均匀。而且缸盖上水套、缸盖下水套、进气道、排气道一次精确成型，能够成功确保进气道、排气道在浇铸过程中无上浮，能够解决各个气道位置一致性的问题，从而确保气道参数良好性。

需要说明的是，上水通道畅通与否是柴油机工作状态时水温正常与否的关键，而该集成式复合气缸盖的上水通道是与传统缸盖完全不同。传统缸盖的上水通道是裸露在外的，上水通道通畅与否可以很容易观察到，也可以人工打通。但本集成式复合气缸盖的上水通道是在缸盖内部的，观察不到，更不可能人工打通，所以为了保证集成式复合气缸盖的上水通道的通畅，在组型过程中缸孔水套砂型以竖直姿态(即直列式柴油机缸孔工作状态)及在通道成型部与所述缸盖下水套砂型的接触部位放置一层耐火且可压缩性的纤维材料，组型过程及浇铸过程中纤维材料以弹性状态填充在缸孔水套砂型及缸盖的下水套砂型的上水通道中间，保证了集成式复合气缸盖的上水通道的畅通。

如图12所示，盖盘砂型10用来成型气缸盖的顶面及部分缸盖四周部位形状，盖盘砂型10具有与其他砂型的安装安位部和型腔的排气通道。

本实施例中，具体的砂型组装方案如下：

一体式底盘砂型1→放置2块滤网→前砂型2→后砂型3→右砂型4→凸轮挺杆砂型6→左砂型5组装成一个临时砂型组，临时砂型组包含了部分直浇道、主横浇道、滤网、分横浇道、内浇道。其中：前砂型2、后砂型3、右砂型4通过砂型的定位形状及一体式底盘砂型1上的定位导向槽精确定位在一起，再把凸轮挺杆砂型6通过一体式底盘砂型1的U型定位槽组装，最后，左砂型5通过定位导向槽由外向内组装，形成砂型组，其组型特点为通过砂型的定位导向槽的四向由外向内组型，砂型自我定向，自动定位，组型精确。

然后，缸孔水套砂型7通过自身的圆形芯头位，安落在临时砂型组上的相对应的砂型定向定位上，并穿过一体式底盘砂型1的缸孔形状，形成复合缸盖缸孔形状。复合缸盖的缸孔水套砂型以竖直姿态(即直列式柴油机缸孔工作状态)保持在铸型中，这种姿态的好处是：组型中易于观察砂型之间的间隙(相当于铸件的壁厚)，可以及时调整砂型之间的间隙，更易于保证铸件缸孔之间的壁厚均匀。而且，缸孔水套砂型中的缸孔形状部分在铸造时与金属液的在重力方向的投影面积最小，故受到金属液的浮力最小，所以缸孔水套砂型的变形最小，复合缸盖的缸孔质量更好。

接着，组合砂型8通过后砂型3、右砂型4、左砂型5上的方形定位键层叠组型，组合砂型8上的进气道、排气道的长圆形芯头与一体式底盘砂型1上的缸孔形状的芯头位密切配合，其余芯头位依次配合好，完成组合砂型8的组型(参见图11和图14)。

然后，盖盘砂型10通过组合砂型8上的方形定位键层叠组型。

最后，浇注砂型9与盖盘砂型10贴平，并座落在前砂型2上并与前砂型2的直浇道孔对齐。

综上，本实施例的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组，通过一体式底盘，四向合型，组合砂型，逐层组芯的方式组装的整个砂型，使得集成式复合气缸盖的缸孔水套砂型以竖直姿态(即直列式柴油机缸孔工作状态)保持在铸型中，易于获得壁厚均匀且变形小的缸孔形状，组合砂型的应用集成了多种砂芯，简化了组型工艺及组型次数，组型更简单准确，进气道、排气道在浇铸过程中不会上浮，进气道、排气道壁厚更均匀，气道性能更优。

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 (3)

1.一种集成式复合气缸盖的铸造砂芯组，该集成式复合气缸盖包括进气道、排气道、喷油器安装孔、缸盖上水套、缸盖下水套、气缸孔、缸孔水套和凸轮挺杆孔，所述缸盖下水套和所述缸孔水套由上水通道连通，所述铸造砂芯组用来成型集成式复合气缸盖铸件，其特征在于，所述铸造砂芯组包括：

临时砂芯组，其由一体式底盘砂型、前砂型、后砂型、右砂型、凸轮挺杆砂型和左砂型组装而成，所述一体式底盘砂型上集成有所述气缸孔的缸孔成型部；

缸孔水套砂型，其组装在所述临时砂芯组上，所述缸孔水套砂型竖直放置，所述缸孔水套砂型上集成有用来成型所述上水通道的通道成型部；

组合砂型，其包括缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型，所述通道成型部与所述缸盖下水套砂型的接触部位填充耐火且可压缩的纤维材料；

盖盘砂型，所述盖盘砂型与所述前砂型、所述后砂型、所述右砂型和所述左砂型共同用于成型所述集成式复合气缸盖的顶面和四围形状；以及

浇系砂型，所述浇系砂型包括：

直浇道，其竖立设置，所述直浇道的上端具有浇口杯，所述直浇道位于所述集成式复合气缸盖铸件的长度方向的一侧，所述直浇道的下段部分形成于所述前砂型内部，所述直浇道的上段部分由浇注砂型提供；

主横浇道，其两端设置有滤网，所述直浇道的底端与所述主横浇道连通，所述主横浇道与所述集成式复合气缸盖铸件的宽度方向平行，所述主横浇道形成于所述一体式底盘砂型的前端内部；

两个分横浇道，该两个分横浇道并列设置且与所述集成式复合气缸盖铸件的长度方向平行，该两个分横浇道处于所述集成式复合气缸盖铸件的下方的两侧，所述两个分横浇道的一端分别与所述主横浇道的两端连通，所述两个分横浇道与所述主横浇道组成U形状，所述两个分横浇道的另一端分别设有集渣包，所述两个分横浇道分别形成于所述右砂型和所述左砂型的内部；以及

若干个L形内浇道，其均匀的设置在所述两个分横浇道的内侧，每个L形内浇道的出口端为渐缩状，该若干个L形内浇道用来将金属液导入铸型中，所述若干个L形内浇道也分别形成于所述右砂型和所述左砂型的内部。

2.根据权利要求1所述的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组，其特征在于，所述一体式底盘砂型上还集成有所述滤网的安装位。

3.根据权利要求1所述的集成式复合气缸盖的铸造砂芯组，其特征在于，所述组合砂型的缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型采用3D打印成型技术一次成型。