CN106334780A - 一种模块化制造气缸盖砂型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造技术领域内一种模块化制造气缸盖砂型的方法，包括如下过程：1）通过三维建模软件形成气缸盖三维铸造工艺图；2）在三维建模软件中建一相应长方体砂坯，以上述三维铸造工艺图作为刀具，将砂坯切割成铸型；3）在三维建模软件中将上述铸型按从下向上的方向分割成便于清砂和施涂的铸型单元一、铸型单元二和铸型单元三，各铸型单元外侧壁连接端之间通过相互咬合的子母扣装配定位；4）用3DP增材打印设备打印各铸型单元的砂型，并清理表面散砂；5）将步骤4）中的各铸型单元转入120℃~150℃的烘炉中，烘干20~30分钟，然后再次彻底清理铸型单元表面的散砂；6）将步骤5中的铸型单元的内型表面用水基涂料流涂，转入140℃的烘炉中，烘干20~30分钟。

Description

一种模块化制造气缸盖砂型的方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别涉及一种模块化制造气缸盖砂型的方法。

背景技术

气缸盖是中速柴油发动机上的关键零部件之一，其内部型腔结构非常复杂,尤其进、排气道外壁为最小壁厚位置，壁厚仅为8mm。气缸盖铸件结构如图1所示，主要包括燃烧室、下水腔、进气道、排气道、后水腔、上水腔、四个螺栓孔。目前气缸盖主要是采用木模手工造型铸造，这些复杂结构全部由砂芯组合形成，如图2所示，主要包括下水腔砂芯1、进气道芯2、排气道芯3、上水腔芯4、后水腔芯5和螺栓孔芯6等。由于铸件结构复杂，壁厚较薄，需要分成至少30个砂芯，壁厚控制采用多点定位，以及在合箱时通过不断用专用卡板测量型芯间隙,调整砂芯位置来实现水腔和气道的尺寸控制。一般需要由工作至少十年以上的老师傅才能制作，这种方法不仅对操作人员的技能有要求，而且操作繁琐，砂铁比高，还需要制作专用卡板,并且由于定位过多导致累计误差超过铸件的公差要求，难以保障壁厚的均匀，铸件经常由于尺寸控制不均，导致打压渗漏检测不合格而报废，此类铸件成品合格率不到60%。

发明内容

本发明针对现有技术中发动机气缸盖铸造方法存在的问题，提供一种模块化制造气缸盖砂型的方法，以提高气缸盖铸件的成品合格率，并且降低铸型造型难度，降低对铸造操作人员的要求。

本发明的目的是这样实现的，一种模块化制造气缸盖砂型的方法，包括如下过程：

1）通过三维建模软件将气缸盖的二维图纸转换成三维模型，通过模数计算、浇冒口设计和CAE模拟验证合格后，设计包括浇注系统、冒口的气缸盖三维铸造工艺图；

2）在三维建模软件中建一与气缸盖砂型尺寸相配的长方体砂坯，以步骤1）中的三维铸造工艺图作为刀具，将砂坯切割成一完整的铸型；

3）在三维建模软件中将步骤2）中所得的铸型按从下向上的方向分割成便于清砂和施涂操作的铸型单元一、铸型单元二和铸型单元三，并且各铸型单元外侧壁连接端之间通过相互咬合的子母扣装配定位；

4）用3DP增材打印设备打印各铸型单元的砂型，并清理表面散砂；

5）将步骤4）中的各铸型单元转入120℃~150℃的烘炉中，烘干20~30分钟。

然后再次清理表面散砂；

6）将步骤5中的铸型单元的内型表面用水基涂料流涂，转入140℃的烘炉中，烘干20~30分钟。

作为本发明的进一步改进，所述铸型单元一用于形成气缸盖铸件燃烧室面的外轮廓；所述铸型单元二用于形成气缸盖内腔结构；所述铸型单元三用于形成气缸盖铸件上顶面轮廓、浇注系统、冒口，所述铸型单元三上含有用于形成气缸盖顶部孔眼的组合砂芯，各铸型单元的分型连接端设有相互配合的定位结构。

为便于铸件的制作，所述步骤4）通过如下过程实现，将各铸型单元分别经RP数据处理软件分层得到若干截面轮廓数据，然后将所述截面轮廓数据转换为3D打印用扫描数控代码输入3D打印设备进行各铸型单元的3D打印造型。

为便于成型气缸盖铸件的内部结构，所述铸型单元二包括成型气缸盖内腔结构的下水腔芯、进气道芯、排气道芯、上水腔芯、后水腔芯和四个螺栓孔芯的组合芯。本发明的铸型单元二将成型气缸盖内部结构的诸多砂芯集成一个组合芯结构，大大提高型芯的尺寸精度，减少了砂芯组合后的尺寸误差。

为便于铸型内表面的涂料的涂布和流淌，所述铸型单元二的底侧设有与内部形腔连通的开放的若干工艺孔，所述铸型单元一的上侧对应设有与所述工艺孔配合的工艺堵头。本发明的铸型单元结构，使铸型单元二内部的孔道可形成开放的孔道，便于砂型内壁涂料的涂布和多余涂料流出，并且以便于内部通道清砂处理。

本发明的模块化制造气缸盖砂型的方法，改变了传统铸造生产气缸盖制造砂型和砂芯的方法，将现有技术中，手工木模生产形成铸件主要内腔的砂芯合并成在一个铸型单元中，解决了由于砂芯多、组芯累积误差超过尺寸公差范围导致的气缸盖铸件报废问题。生产过程中操作者只需将各铸型单元按照配合定位顺序叠放，用卡具紧固，即可浇注。不同批次打印的砂芯可以通用互换，如果其中的某个砂芯报废，可以立即再次生产补缺，不需要全套报废整个铸型，并且模块化成型的铸型浇注的铸件产品壁厚均匀，精度等级高，表面质量好。

附图说明

图1为气缸盖铸件的示意图。

图2为现有技术中气缸盖组合砂芯的示意图。

图3为本发明的模块化制造气缸盖砂型的方法铸型的组装图。

图4铸型单元一的结构示意图。

图5为铸型单元二的结构示意图。

图6为铸型单元二的仰视图。

图7为铸型单元三的结构示意图（将底翻转180°的角度）

其中，1 下水腔芯； 2进气道芯； 3排气道芯；4上水腔芯；5下水腔芯； 6 螺栓孔芯；7铸型单元一；7A工艺堵头；8铸型单元二；8工艺孔；9铸型单元三；10子母扣。

具体实施方式

如图3—图7为本发明的模块化制造气缸盖砂型的方法制造的铸型。

包括如下过程：

1）通过三维建模软件将气缸盖的二维图纸转换成三维模型，通过模数计算、浇冒口设计和CAE模拟验证合格后，设计包括浇注系统、冒口的气缸盖三维铸造工艺图；

2）在三维建模软件中建一与气缸盖砂型尺寸相配的长方体砂坯，以步骤1）中的三维铸造工艺图作为刀具，将砂坯切割成如图3所示的完整的铸型；

3）在三维建模软件中将步骤2）中所得的铸型按从下向上的方向分割成便于清砂和施涂操作的铸型单元一7、铸型单元二8和铸型单元三9，并且各铸型单元外侧壁连接端之间通过相互咬合的子母扣10装配定位；其中，铸型单元一7用于形成气缸盖铸件燃烧室面的外轮廓；铸型单元二8用于形成气缸盖内腔结构并包括成型气缸盖内腔结构的下水腔芯、进气道芯、排气道芯、上水腔芯、后水腔芯和四个螺栓孔芯的组合芯。铸型单元三9铸型单元三用于形成气缸盖铸件上顶面轮廓、浇注系统、冒口，并包括用于形成气缸盖顶部孔眼的组合砂芯，各铸型单元的分型连接端设有相互配合的定位结构。本发明的铸型单元二将成型气缸盖内部结构的诸多砂芯集成一个组合芯结构，大大提高型芯的尺寸精度，减少了砂芯组合后的尺寸误差。为便于铸型内表面的涂料的涂布和流淌，铸型单元二8的底侧设有与内部形腔连通的开放的若干工艺孔8A，铸型单元一7的上侧对应设有与工艺孔8A配合的工艺堵头7A。该铸型单元结构，使铸型单元二8内部的孔道可形成开放的孔道，便于砂型内壁涂料的涂布和多余涂料流出，并且以便于内部通道清砂处理。

4）将各铸型单元分别经RP数据处理软件分层得到若干截面轮廓数据，然后将截面轮廓数据转换为3D打印用扫描数控代码输入3D打印设备进行各铸型单元的3D打印造型，然后再清理表面散砂，完各成铸型单元的制作；

5）将步骤4）中的各铸型单元转入120℃~150℃的烘炉中，烘干20~30分钟，然后再各铸型单元表面的散砂。

6）将步骤5中的铸型单元的内型表面用水基涂料流涂，转入140℃的烘炉中，烘干20~30分钟。

本发明的模块化制造气缸盖砂型的方法，改变了传统铸造生产气缸盖分别制造砂型和砂芯的方法，将现有技术中的手工木模生产形成铸件主要内腔的砂芯合并在一个铸型单元中，解决了由于砂芯多、组芯累积误差超过尺寸公差范围导致的气缸盖铸件报废的问题。生产过程中操作者只需将各铸型单元按照配合定位顺序叠放，用卡具紧固，即可浇注。不同批次打印的砂芯可以通用互换，如果其中的某个砂芯报废，可以立即再次生产补缺，不需要全套报废整个铸型，并且模块化成型的铸型浇注的铸件产品壁厚均匀，精度等级高，表面质量好。

Claims (5)

1.一种模块化制造气缸盖砂型的方法，其特征在于，包括如下过程：

1）通过三维建模软件将气缸盖的二维图纸转换成三维模型，通过模数计算、浇冒口设计和CAE模拟验证合格后，设计包括浇注系统、冒口的气缸盖三维铸造工艺图；

2）在三维建模软件中建一与气缸盖砂型尺寸相配的长方体砂坯，以步骤1）中的三维铸造工艺图作为刀具，将砂坯切割成一完整的铸型；

3）在三维建模软件中将步骤2）中所得的铸型按从下向上的方向分割成便于清砂和施涂操作的铸型单元一、铸型单元二和铸型单元三，并且各铸型单元外侧壁连接端之间通过相互咬合的子母扣装配定位；

4）用3DP增材打印设备打印各铸型单元，并清理表面散砂；

5）将步骤4）中的各铸型单元转入120℃~150℃的烘炉中，烘干20~30分钟，然后再次彻底清理铸型单元表面散砂；

6）将步骤5中的铸型单元的内型表面用水基涂料流涂，转入140℃的烘炉中，烘干20~30分钟。

2.根据权利要求1所述的模块化制造气缸盖砂型的方法，其特征在于，所述铸型单元一用于形成气缸盖铸件燃烧室面的外轮廓；所述铸型单元二用于形成气缸盖内腔结构；所述铸型单元三用于形成气缸盖铸件上顶面轮廓、浇注系统、冒口，并包括用于形成气缸盖顶部孔眼的组合砂芯。

3.根据权利要求2所述的模块化制造气缸盖砂型的方法，其特征在于，所述步骤4）通过如下过程实现，将各铸型单元分别经RP数据处理软件分层得到若干截面轮廓数据，然后将所述截面轮廓数据转换为3D打印用扫描数控代码输入3D打印设备进行各铸型单元的3D打印造型。

4.根据权利要求2所述的模块化制造气缸盖砂型的方法，其特征在于，所述铸型单元二包括成型气缸盖内腔结构的下水腔芯、进气道芯、排气道芯、上水腔芯、后水腔芯和四个螺栓孔芯的组合芯。

5.根据权利要求2所述的模块化制造气缸盖砂型的方法，其特征在于，所述铸型单元二的底侧设有与内部形腔连通的开放的若干工艺孔，所述铸型单元一的上侧对应设有与所述工艺孔配合的工艺堵头。