CN108160934A - 一种发动机凸轮轴多件化铸造工艺及铸造模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机凸轮轴多件化铸造工艺及铸造模具,铸造工艺是采用中心浇注的方式，将毛坯型腔分为四个型腔区间，四个型腔区间环绕设置，浇注口位于4个型腔区间的中间。铸造模具包括浇注口，环绕浇注口设置的第一型腔区间、第二型腔区间、第三型腔区间和第四型腔区间，以及用于连接浇注口和四个型腔区间的“X”型连接系统。本发明采用中心浇注的铸造方式，将毛坯型腔分为四个型腔区间，四个型腔区间环绕浇注口设置，并通过“X”型系统与浇注口相连，缩短了浇注口和模具型腔的距离，提高了铁水利用率，从而提高了生产效率、节约了能源并降低了生产成本。同时，不同铸件的温度差降低，使铸件的品质更均一稳定。
Description
技术领域
本发明涉及发动机生产制造技术领域,具体涉及一种发动机凸轮轴多件化铸造工艺及铸造模具。
背景技术
凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。目前，凸轮轴在生产制造时，大都采用铸造的方式来生产凸轮轴的毛坯。毛坯的铸造效率会直接影响生产线节拍、生产能力（日生产型数）、要员效率等，为了使凸轮轴的产能最大化，凸轮轴在铸造时通常都采用一次多件铸造。如附图1所示，现有的凸轮轴多件铸造工艺中，凸轮轴铸件一般是并排排布，生产工序复杂，为了不影响铸件的使用性能，一次铸造10件已是极限。其多件凸轮轴的排布方式导致铁水的流道较长，铁水浇注后流入砂型内各处的时间不同，型内之间温度差较大，最高温和最低温的差值能够达到100多摄氏度，从而使得铁水凝固冷却的时间存在较大差异，导致凸轮轴毛坯机械性能（抗拉强度、耐力、抗冲击）波动差异，影响毛坯品质的均一性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种生产效率较高且能有效节约能源消耗的发动机凸轮轴多件化铸造工艺及应用于该铸造工艺的铸造模具。
本发明采用如下方案实现：
一种发动机凸轮轴多件化铸造工艺，采用中心浇注的方式，将毛坯型腔分为至少3个型腔区间，型腔区间环绕设置，浇注口位于型腔区间的中间；所述浇注口通过中心浇注系统连接型腔区间，缩短浇注口和型腔区间的距离，且采用底注式横式过滤。
进一步的，所述型腔区间内均设置有4个模具型腔。
进一步的，所述型腔区间设置有4个。
进一步的，所述中心浇注系统为“X” 型浇注系统，且“X” 型浇注系统内设置有一横式过滤网。
一种基于前述的发动机凸轮轴多件化铸造工艺的铸造模具，包括浇注口，环绕浇注口设置的第一型腔区间、第二型腔区间、第三型腔区间和第四型腔区间，以及用于连接浇注口和第一型腔区间、第二型腔区间、第三型腔区间、第四型腔区间的“X”型连接系统。
进一步的，所述“X”型连接系统包括与浇注口连接的连接部，以及设置在连接部上的分别用于连接第一型腔区间、第二型腔区间、第三型腔区间、第四型腔区间的第一直浇道、第二直浇道、第三直浇道、第四直浇道；所述第一直浇道、第二直浇道、第三直浇道、第四直浇道两两之间的角度相同，与连接部共同构成“X”状结构；所述连接部处还设置有一过滤网。
进一步的，所述过滤网为横式过滤网。
进一步的，所述第一型腔区间、第二型腔区间、第三型腔区间和第四型腔区间的结构相同，均包括与“X”型浇注系统连接的横浇道、与横浇道连接的多个模具型腔、用于连接模具型腔和横浇道的多个内浇口，在所述横浇道与内浇口之间还设置有浇道限流片。
进一步的，所述模具型腔设置有4个，内浇口对应设置有4个，且4个模具型腔并排设置。
对照现有的技术，本发明具有以下有益效果：
本发明采用了中心浇注的铸造方式，将毛坯型腔分隔为四个型腔区间，四个型腔区间环绕浇注口设置，并通过“X”型系统与浇注口相连，对模具型腔的排布进行了大程度的优化，缩短了浇注口和模具型腔的距离，提高了铁水利用率，从而提高了生产效率、节约了能源并降低了生产成本。同时，优化后的排布方式使得不同铸件的温度差降低，使铸件的品质更均一稳定。
附图说明
图1为传统的多件凸轮轴铸造工艺的模具排布示意图。
图2 为本发明一实施例的模具结构图。
图3为图2的另一角度示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明，下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细描述。
本发明提供了一种发动机凸轮轴多件化铸造工艺，采用中心浇注的方式，将毛坯型腔分为至少3个型腔区间。型腔区间环绕设置，浇注口位于型腔区间中间，同时型腔区间通过中心浇注系统与浇注口连接，且每个区间内排列设置有多个模具型腔，本实施例中设置有4个型腔区间，每个型腔区间内均设置有4个模具型腔。中心浇注系统为“X”型浇注系统，连接4个型腔区间，实现了一型16件的凸轮轴多件化铸造新工艺。四个型腔区间环绕着浇注口设置，通过“X”型浇注系统与浇注口连接，缩短了浇注口和模具型腔之间的距离，铁水浇注后型内16个模具型腔之间的温度差变小，各铸件铁水凝固冷却时间的差异也变小。同时采用横式过滤的方式，在“X”型浇注系统处设置有横式过滤网。横式过滤网设置了一片，降低过滤网安装的精度，降低现场生产人员的作业强度和复杂度。应用了本铸造工艺所描述的工艺过程所使用的铸造模具可参照附图2所示。
本发明通过多件化的模具工艺排布，结合CAE模流论证分析，缩短浇注口与毛坯型腔的距离，调整铁水成份CE值（碳当量）的控制，优化型砂筑型强度，提升毛坯铸件的自补缩能力，减少补缩冒口的使用，从而降低浇注系统的重量，实现提升凸轮轴铸造工艺每型毛坯出品率（铁水利用率），提高每炉铁水转化为铸件的效率，从而节约能源的消耗。
中心浇注方式优化了模具型腔的排布，通过具体的实验对比表明，在同等的时间、同等的人员下，使用本发明每日可出产51680件铸件，比现有技术每日出产32300件铸件，生产效率提升了160%。每型毛坯出品率（铁水利用率）达到了52.7%，每炉铁水转化为铸件的效率为52.7%，比现有技术的38.2%提升了138.0%，能源消耗降低了27.5%。由于中心浇注方式使得浇注的流道变短，本发明铁水浇注后型内铸件之间温度差降低到99.5℃，比现有技术的117.9℃的温度差异缩小15.6%；铸件材料的平均石墨粒径差异缩小到4.5μm，比现有技术的5.3μm的差异缩小15.1%；同时铸件机械性能：抗拉强度波动控制在42MPa之间，比现有技术的89MPa差异缩小5.1%；耐力值波动控制在32MPa，比现有技术的53MPa差异缩小3.7%，铸件的品质更均一、更稳定。
如附图2和附图3所示，本发明还提供了基于上述铸造工艺的一种发动机凸轮轴多件化铸造模具，包括设置在中心位置处的浇注口1，环绕着浇注口1设置的第一型腔区间2、第二型腔区间3、第三型腔区间4和第四型腔区间5，以及用于连接浇注口1和第一型腔区间2、第二型腔区间3、第三型腔区间4、第四型腔区间5的“X”型连接系统6。
“X”型连接系统6包括与浇注口1连接的连接部61，以及设置在连接部上的第一直浇道62、第二直浇道63、第三直浇道64、第四直浇道65。第一直浇道62、第二直浇道62、第三直浇道63、第四直浇道64分别用于连接第一型腔区间2、第二型腔区间3、第三型腔区间4、第四型腔区间5。第一直浇道62、第二直浇道63、第三直浇道54、第四直浇道65两两之间的夹角大小相等，与连接部61共同构成“X”状结构。连接部61处还设置有一过滤网66，本实施例中该过滤网为横式过滤网。铁水从浇注口进入连接部后，经过过滤网的过滤后流向第一直浇道62、第二直浇道63、第三直浇道64、第四直浇道65，并分别流入第一型腔区间2、第二型腔区间3、第三型腔区间4、第四型腔区间5。
第一型腔区间2、第二型腔区间3、第三型腔区间4和第四型腔区间5的结构相同，均包括与“X”型浇注系统连接6的横浇道21、与横浇道连接的多个模具型腔22，多个模具型腔22和横浇道通过多个内浇口23连接，在横浇道21与内浇口23之间还设置有浇道限流片24。横浇道具体连接在“X”型系统6的直浇道上，第一型腔区间2的横浇道对应第一直浇道62，第二型腔区间3的横浇道对应第二直浇道63，第三型腔区间4的横浇道对应第三直浇道64，第四型腔区间的横浇道5对应第四直浇道65。本实施例中每个型腔区间均并排设置有4个模具型腔。相邻型腔区间的横浇道相垂直，相邻型腔区间的模具型腔也相垂直。铸造模具整体近似于翻转的“卍”字型。
具体实施时，铁水从浇注口注入，后进入连接部，经过过滤网的过滤后流入四个型腔区间的横浇道中。接着铁水又经由内浇口流入到各个模具型腔内，直至填满模具型腔。
本发明采用了中心浇注的铸造方式，将毛坯型腔分隔为四个型腔区间，四个型腔区间环绕浇注口设置，并通过“X”型系统与浇注口相连，对模具型腔的排布进行了大程度的优化，缩短了浇注口和模具型腔的距离，提高了铁水利用率，从而提高了生产效率、节约了能源并降低了生产成本。同时，优化后的排布方式使得不同铸件的温度差降低，使铸件的品质更均一稳定。
虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化，是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的范围内。
Claims (9)
1.一种发动机凸轮轴多件化铸造工艺，其特征在于，采用中心浇注的方式，将毛坯型腔分为至少3个型腔区间，型腔区间环绕设置，浇注口位于型腔区间的中间；所述浇注口通过中心浇注系统连接型腔区间，缩短浇注口和型腔区间的距离，且采用底注式横式过滤。
2.根据权利要求1所述的发动机凸轮轴多件化铸造工艺，其特征在于，所述型腔区间内均设置有4个模具型腔。
3.根据权利要求2所述的发动机凸轮轴多件化铸造工艺，其特征在于，所述型腔区间设置有4个。
4.根据权利要求3所述的发动机凸轮轴多件化铸造工艺，其特征在于，所述中心浇注系统为“X” 型浇注系统，且“X” 型浇注系统内设置有一横式过滤网。
5.一种基于权利要求1-4任一所述的发动机凸轮轴多件化铸造模具，其特征在于，包括浇注口（1），环绕浇注口设置的第一型腔区间（2）、第二型腔区间（3）、第三型腔区间（4）和第四型腔区间（5），以及用于连接浇注口和第一型腔区间（2）、第二型腔区间（3）、第三型腔区间（4）、第四型腔区间（5）的“X”型连接系统（6）。
6.根据权利要求5所述的发动机凸轮轴多件化铸造模具，其特征在于，所述“X”型连接系统（6）包括与浇注口（1）连接的连接部（61），以及设置在连接部上的分别用于连接第一型腔区间（2）、第二型腔区间（3）、第三型腔区间（4）、第四型腔区间（5）的第一直浇道（62）、第二直浇道（63）、第三直浇道（64）、第四直浇道（65）；所述第一直浇道（62）、第二直浇道（63）、第三直浇道（64）、第四直浇道（65）两两之间的角度相同，与连接部（61）共同构成“X”状结构；所述连接部（61）处还设置有一过滤网（66）。
7.根据权利要求6所述的发动机凸轮轴多件化铸造模具，其特征在于，所述过滤网（66）为横式过滤网。
8.根据权利要求5所述的发动机凸轮轴多件化铸造模具，其特征在于，所述第一型腔区间（2）、第二型腔区间（3）、第三型腔区间（4）和第四型腔区间（5）的结构相同，均包括与“X”型浇注系统连接的横浇道（21）、与横浇道连接的多个模具型腔（22）、用于连接模具型腔和横浇道的多个内浇口（23），在所述横浇道（21）与内浇口之间还设置有浇道限流片（24）。
9.根据权利要求8所述的发动机凸轮轴多件化铸造模具，其特征在于，所述模具型腔（22）设置有4个，内浇口（23）对应设置有4个，且4个模具型腔并排设置。
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