CN107127304A - 一种汽车发动机缸体3d打印生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车发动机缸体类铸件的制造领域，具体涉及一种汽车发动机缸体3D打印生产方法。该方法包括以下步骤：（1）浇注系统设计：根据浇注系统设计原则，采用中注开放式浇注系统；（2）砂芯设计：首先，在三维软件中绘制一个完整的铸型；然后，分别从缸口面、水套顶部位置以及法兰面3个方向进行分芯；（3）组芯造型方法：将分芯依次下芯，进行整体组芯，然后浇注。本发明通过采用3D打印技术设计了一套适用于此类铸件的组芯造型工艺，由此，降低缸体类铸件的铸件废品率和组芯造型的难度，达到生产出高质量和低废品率铸件的目的，以及简化过程控制、降低新产品研发成本、加快试制进度。

Description

一种汽车发动机缸体3D打印生产方法

技术领域

本发明属于汽车发动机缸体类铸件的制造领域，具体涉及一种汽车发动机缸体3D打印生产方法。

背景技术

在工业生产中，汽车发动机缸体是汽车发动机的心脏，一般用灰铸铁铸成。常见的气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支撑曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间，其中，在气缸内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等，所以，缸体结构复杂，产品尺寸要求高，壁厚都在5-7mm范围之内，缸体水套砂芯只有4mm宽，导致铸造难度高。

目前，该类缸体普遍使用无箱组芯造型浇注工艺，一般采用的造型材料分为三乙胺冷芯砂、呋喃树脂砂、派普树脂砂、覆膜砂。由于造型材料的不同，其制芯方法又分为手工制芯和制芯机制芯。在传统工艺中，缸体有曲轴箱砂芯、前后端砂芯、盖芯、水套芯、挺杆芯、油道、水道芯等，将这些砂芯组装成一体后，浇注铁水冷却后获得缸体毛坯，其中，在其组芯过程中，一般采用专用夹具结合手工测量的方式控制组芯精度。但是，传统工艺中也存在以下问题：这样的制芯、造型工艺制作出来的砂芯繁多，组芯方式又复杂，过程控制要求繁琐，对于现场工人的技能等级要求高；同时，由于在制作过程中产品尺寸难以控制，导致尺寸误差大。因此，现有技术中，由于这些因素的影响，时常导致铸件由于尺寸不合格等原因而报废, 废品率高达30%；同时，在试制新产品时如果采用该工艺，由于需要制作模具，花费约5万元以上，产品试制成本很高，且生产验证周期长达4-5周，不利于新产品的研发。因此，如何设计出一种生产高质量和低废品率铸件、降低组芯造型难度、操作简单、缩短生产周期的组芯造型工艺，成为目前急需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，通过采用3D打印技术设计了一套适用于此类铸件的组芯造型工艺，由此，降低缸体类铸件的铸件废品率和组芯造型的难度，达到生产出高质量和低废品率铸件的目的，以及简化过程控制、降低新产品研发成本、加快试制进度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）浇注系统设计：根据浇注系统设计原则，采用中注开放式浇注系统，缸体浇注方向以缸口向下、底法兰向上，在每一缸中间热节处设置内浇口，浇注系统的比例为1:2:2，在底法兰顶部设置出气冒口，所述浇注系统的直浇道设置在铸件高度方向端部，横浇道设置在铸件底部，铁水通过直浇道进入横浇道，铁水通过内浇口以缓慢的流速进入每一缸中间热节，再进入水套型腔开始充型；

（2）砂芯设计：首先，在三维软件中绘制一个长方体，将整个铸件、浇冒系统包裹，进行求差，得到一个完整的铸型；然后，分别从缸口面、水套顶部位置以及法兰面3个方向进行分芯；待分芯后，在每个砂芯的配合面设计定位结构；

（3）组芯造型方法：将分芯依次下芯，进行整体组芯；待组芯完成后，将芯包放置到砂箱中，使用树脂砂将砂箱填满，树脂砂顶面需与水口座顶部平齐，待树脂砂硬化后，进行浇注。

进一步的，步骤（2）中的分别从缸口面、水套顶部位置以及法兰面3个方向进行分芯后得到3块分芯，其中，从缸口面分芯得到1#砂芯，从水套顶部位置得到2#砂芯，从法兰面得到3#砂芯；所述定位结构为子母扣结构。

进一步的，步骤（2）中的1#砂芯包括水套芯、挺杆芯和底板芯，2#砂芯包括前盖芯和后盖芯，3#砂芯包括曲轴箱芯、上盖芯、油道芯和气缸芯；所述字母扣的中间位置还设有螺杆孔，用于组芯完成后的装卡。

进一步的，步骤（2）中的每个分芯的两端沿重心方向设计吊柄，用于砂芯组芯过程中的转运。

进一步的，步骤（3）中的整体组芯过程为：首先，将1#砂芯放置在相对平整的平台上；其次，起吊2#砂芯，使用螺杆穿过子母扣中间的螺杆孔进行定位下芯；接着，起吊3#砂芯，使用螺杆穿过子母扣中间的螺杆孔进行定位下芯；然后，测量确认组芯尺寸，确认合格后，使用螺杆将砂芯卡紧；最后，在直浇道与冒口处粘接水口座与冒口套。

进一步的，步骤（3）中的砂箱的尺寸为：比砂芯最大轮廓尺寸大100mm。

进一步的，步骤（2）中的三维软件中绘制的长方体尺寸为：800mm×500mm×600mm。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明提供了一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，通过采用3D打印技术，不需要单独制作模具，节省了铸件生产时的模具制作费用，降低铸件生产成本，并且，在实际操作中，只需一周的时间就可以完成新产品的首件生产验证，大幅缩短了生产验证周期，推动了汽车发动机新型缸体的研发进度。

（2）本发明提供了一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，通过采用3D打印技术，无需考虑起模以及撤料的问题，可以将缸体关键部分砂芯连接为一体，从而，减少了砂芯总数、简化了组芯造型过程、降低了现场操作难度以及保证了其关键尺寸不受人为影响，经验证该工艺方法能够将铸件废品率降低至2%以下。

附图说明

图1为本发明的浇注系统示意图。

图2为本发明的1#砂芯示意图。

图3为本发明的2#砂芯示意图。

图4为本发明的3#砂芯示意图。

图5为本发明的芯包示意图。

其中，1、缸口面，2、底法兰，3、直浇道，4、内浇口，5、出气冒口，6、底板芯，7、挺杆芯，8、水套芯，9、子母扣，10、螺杆孔，11、前盖芯，12、后盖芯，13、吊柄，14、曲轴箱芯，15、上盖芯，16、油道芯，17、水口座，18、冒口套。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明提供了一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，包括浇注系统设计方法、砂芯设计方法、组芯造型方法三部分，具体包括以下步骤：

（1）浇注系统设计：根据浇注系统设计原则，采用中注开放式浇注系统，缸体浇注方向以缸口1向下、底法兰2向上，在每一缸中间热节处设置内浇口4，浇注系统的比例为1:2:2，在底法兰顶部设置出气冒口5，所述浇注系统的直浇道3设置在铸件高度方向端部，横浇道设置在铸件底部，铁水通过直浇道进入横浇道，铁水通过内浇口以缓慢的流速进入每一缸中间热节，再进入水套型腔开始充型。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，根据浇注位置设置原则，缸体浇注的方向采取缸口向下，底法兰向上。根据浇注系统设计原则，采用中注开放式浇注系统，在每一缸中间热节处设置内浇口，浇注系统的比例为1:2:2，在底法兰顶部设置出气冒口，由此，避免了缸体水套砂芯由于只有4mm宽导致的极其薄弱、容易粘砂的问题，并且，降低了其内浇口流速。所述浇注系统的充型过程具体为：首先，铁水通过直浇道进入横浇道，使横浇道快速充满铁水；然后，铁水通过内浇口以缓慢的流速进入每一缸中间热节；接着，铁水以相对平稳的状态进入水套型腔开始进行充型；最后，所述浇注系统完成整个浇注过程。

（2）砂芯设计：首先，在三维软件中绘制一个长方体，将整个铸件、浇冒系统包裹，进行求差，得到一个完整的铸型；然后，分别从缸口面1、水套顶部位置以及法兰面三个方向进行分芯；待分芯后，在每个砂芯的配合面设计定位结构9。

根据本发明的具体实施例，如图2-4所示，所述砂芯设计方法，包括以下三个步骤：（1）制作完整铸型：在三维软件中绘制一个长方体，将整个铸件、浇冒系统包裹，进行求差，得到一个完整的铸型；进一步的，所述长方体尺寸为800mm×500mm×600mm；（2）分芯操作：分别从缸口面1、水套顶部位置以及法兰面三个方向进行分芯，由此，通过将缸体的曲轴箱砂芯14、前后端砂芯、盖芯、水套芯8、挺杆芯7、油道芯16、水道芯等砂芯划分成几组构件后进行组合，从而，减少了砂芯总数、简化了组芯造型过程；（3）设计附属结构：待分芯完成后，在每个砂芯的配合面设计定位结构，用于在组芯过程中将每个分芯进行定位，然后，每个分芯的两端沿重心方向设计吊柄13，用于在组芯过程中分芯的转运。

根据本发明的具体实施例，如图2-4所示，将完整的铸型进行分芯操作，其具体操作方法是：分别从缸口面1、水套顶部位置以及法兰面三个方向进行分芯后得到3块分芯，其中，从缸口面分芯得到1#砂芯，从水套顶部位置得到2#砂芯，从法兰面得到3#砂芯。进一步的，1#砂芯包括水套芯8、挺杆芯7和底板芯6，2#砂芯包括前盖芯11和后盖芯12，3#砂芯包括曲轴箱芯14、上盖芯15、油道芯16和气缸芯。由于本发明的工艺生产方法采用3D打印技术，无需考虑起模以及撤料的问题，同时，本发明在分芯操作工程中，可以将缸体关键部分砂芯部件连接为一体，即将几个关键部分划分成一个分芯，从而，减少了砂芯总数、简化了组芯造型过程、降低了现场操作难度以及保证了其关键尺寸，经验证该工艺方法能够将铸件废品率降低至2%以下。

根据本发明的具体实施例，如图2-4所示，待分芯完成后，在每个砂芯的配合面设计的定位结构9为子母扣结构9；进一步的，所述字母扣9的中间位置还设有螺杆孔10，用于组芯完成后的装卡。优选的，所述螺杆孔的直径约ø30mm。

（3）组芯造型设计：将分芯依次下芯，进行整体组芯；待组芯完成后，将芯包放置到砂箱中，使用树脂砂将砂箱填满，树脂砂顶面需与水口座17顶部平齐，待树脂砂硬化后，进行浇注。

根据本发明的具体实施例，如图2-5所示，整体组芯过程为：（1）根据砂芯编号顺序依次下芯：首先，将1#砂芯放置在相对平整的平台上；其次，起吊2#砂芯，使用螺杆穿过子母扣中间的螺杆孔进行定位下芯；接着，起吊3#砂芯，使用螺杆穿过子母扣中间的螺杆孔进行定位下芯；（2）测量确认组芯尺寸，确认合格后，使用螺杆将砂芯卡紧；（3）在直浇道与冒口处粘接水口座17与冒口套18。进一步的，步骤（1）中的所述平台可以是地面，或者钢制托盘。根据本发明的具体实施例，如图5所示，在完成组芯后，将芯包放置于比砂芯最大轮廓尺寸大100mm左右的砂箱中。由此，本发明提供了一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，通过采用3D打印技术，不需要单独制作模具，节省了铸件生产时的模具制作费用，降低铸件生产成本，并且，在实际操作中，只需一周的时间就可以完成新产品的首件生产验证，大幅缩短了生产验证周期，推动了汽车发动机新型缸体的研发进度。

以上对本发明所提供的汽车发动机缸体3D打印生产方法进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）浇注系统设计：根据浇注系统设计原则，采用中注开放式浇注系统，缸体浇注方向以缸口向下、底法兰向上，在每一缸中间热节处设置内浇口，浇注系统的比例为1:2:2，在底法兰顶部设置出气冒口，所述浇注系统的直浇道设置在铸件高度方向端部，横浇道设置在铸件底部，铁水通过直浇道进入横浇道，铁水通过内浇口以缓慢的流速进入每一缸中间热节，再进入水套型腔开始充型；

（2）砂芯设计：首先，在三维软件中绘制一个长方体，将整个铸件、浇冒系统包裹，进行求差，得到一个完整的铸型；然后，分别从缸口面、水套顶部位置以及法兰面3个方向进行分芯；待分芯后，在每个砂芯的配合面设计定位结构；

（3）组芯造型方法：将分芯依次下芯，进行整体组芯；待组芯完成后，将芯包放置到砂箱中，使用树脂砂将砂箱填满，树脂砂顶面需与水口座顶部平齐，待树脂砂硬化后，进行浇注。

2.如权利要求1所述的一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，其特征在于，步骤（2）中的分别从缸口面、水套顶部位置以及法兰面3个方向进行分芯后得到3块分芯，其中，从缸口面分芯得到1#砂芯，从水套顶部位置得到2#砂芯，从法兰面得到3#砂芯；所述定位结构为子母扣结构。

3.如权利要求2所述的一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，其特征在于，步骤（2）中的1#砂芯包括水套芯、挺杆芯和底板芯，2#砂芯包括前盖芯和后盖芯，3#砂芯包括曲轴箱芯、上盖芯、油道芯和气缸芯；所述字母扣的中间位置还设有螺杆孔，用于组芯完成后的装卡。

4.如权利要求1所述的一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，其特征在于，步骤（2）中的每个分芯的两端沿重心方向设计吊柄，用于砂芯组芯过程中的转运。

5.如权利要求1所述的一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，其特征在于，步骤（3）中的整体组芯过程为：首先，将1#砂芯放置在相对平整的平台上；其次，起吊2#砂芯，使用螺杆穿过子母扣中间的螺杆孔进行定位下芯；接着，起吊3#砂芯，使用螺杆穿过子母扣中间的螺杆孔进行定位下芯；然后，测量确认组芯尺寸，确认合格后，使用螺杆将砂芯卡紧；最后，在直浇道与冒口处粘接水口座与冒口套。

6.如权利要求1所述的一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，其特征在于，步骤（3）中的砂箱的尺寸为：比砂芯最大轮廓尺寸大100mm。

7. 如权利要求1所述的一种汽车发动机缸体3D打印生产方法，其特征在于，步骤（2）中的三维软件中绘制的长方体尺寸为：800mm×500mm×600mm 。