CN109261907A - 一种柴油机气缸盖快速铸造的方法及砂芯组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油机气缸盖快速铸造的方法，该方法是采用一箱一件的砂芯组件，通过侧浇底注式的浇铸方式，从砂芯组件的一侧浇注铁水进入砂芯的气缸盖型腔内，让铁水自下而上填充满整个气缸盖型腔。该方法适合新产品的快速铸造，产品验证周期短、成本低，符合新产品实时更改变化的要求。本发明还公开了一种柴油机气缸盖快速铸造的砂芯组件，该砂芯组件结构紧凑、设计合理，利用该砂芯组件铸造柴油机气缸盖时，充型稳定、挡渣性能好，排气畅通，便于组芯，易获得壁厚均匀，精确的铸件，提高了铸件的产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及发动机制造技术领域，更具体地说，它涉及一种柴油机气缸盖快速铸造的方法及砂芯组件。
背景技术
柴油发动机的气缸盖是整个柴油发动机的核心部件之一。气缸盖外部有缸盖外形结构，内部由复杂的进气道、排气道、冷却水套、油道、喷油器座等结构构成，气缸盖的底面有进气门、排气门等结构，是一个典型的复杂薄壁的箱体式零件，毛坯都用铸造方法制造来获得。铸铁材料的气缸盖生产方法通常是采用模具造型线生产模式生产，大多是一箱两件的平浇方式或一箱多件的立浇方式，此种铸造生产方法适用于成熟产品的批量化生产。对处于验证开发的新产品，传统的铸造方法的缺点在于：模具设计制造成本较高，制造周期长，从而影响新产品的开发周期；并由于新产品存在更改优化等不确定因素，都会引起模具的更改，严重时可会导致模具的报废，即使是采用3D打印技术，如果还参照或继续应用一箱两件或一箱多件铸造工艺方法或砂芯组件浇铸方案，都不适合新产品快速铸造产品验证短周期、低成本，宽适应新产品更改变化的要求。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种操作方便的柴油机气缸盖快速铸造方法，该方法适合新产品的快速铸造，产品验证周期短、成本低，符合新产品实时更改变化的要求。
其目的之二在于提供一种结构紧凑、设计合理的砂芯组件，利用该砂芯组件铸造柴油机气缸盖时，充型稳定、挡渣性能好，排气畅通，便于组芯，易获得壁厚均匀，精确的铸件，提高了铸件的产品质量。
本发明的前一技术方案是：一种柴油机气缸盖快速铸造的方法，其特征在于，该方法是采用一箱一件的砂芯组件，通过侧浇底注式的浇铸方式，从砂芯组件的一侧浇注铁水进入砂芯的气缸盖型腔内，让铁水自下而上填充满整个气缸盖型腔。
作为进一步地改进，该方法包括如下具体步骤：
S1,砂芯制作，以气缸盖铸件的上下水套最大面积处作为分型面，通过3D打印的方式分别加工出上外型、下外型、上水套芯、下水套芯、进气道芯、排气道芯、横浇道芯、直浇道辅芯；
S2，砂芯组型，将横浇道芯、直浇道辅芯、下水套芯、进气道芯、排气道芯依次放置在下外型上，并将上水套芯放置在下水套芯上，然后将上外型合在下外型上，组成具有气缸盖型腔的一箱一件砂芯组件；
S3，铁水浇铸，采用侧浇底注式的浇铸方式，从砂芯组件一侧向气缸盖型腔内浇注铁水，让铁水自下而上填充满整个气缸盖型腔；
S4，砂芯脱模，待铁水冷却后，将上外型和下外型分离，然后再分别取下上水套芯、下水套芯、进气道芯、排气道芯、横浇道芯、直浇道辅芯，得到气缸盖铸件。
进一步地，所述的步骤S2中，在横浇道芯与下外型之间、直浇道辅芯与下外型之间的组芯空位处填上自硬砂；在横浇道芯组芯前，先在下外型上放置滤网。
本发明的后一技术方案是：一种柴油机气缸盖快速铸造的砂芯组件，包括上外型、下外型、上水套芯、下水套芯、进气道芯、排气道芯、横浇道芯、直浇道辅芯，所述的横浇道芯、直浇道辅芯、下水套芯、进气道芯、排气道芯分别安装在下外型上，所述的上水套芯安装在下水套芯上，所述的上外型与下外型压合连接，所述横浇道芯、直浇道辅芯、下水套芯、进气道芯、排气道芯、上水套芯与上外型、下外型之间所围成的区域形成一个用于浇注铁水的气缸盖型腔，所述的上外型一侧还分别设有相连通的浇杯和直浇道，所述的直浇道与所述的气缸盖型腔连通。
进一步地，所述的下外型上分别设有进气道芯头座、横浇道芯座、直浇道辅芯座、下水套芯头座以及气缸盖下形状结构，所述的下外型四周还设有多个合型定位台。
进一步地，所述的上外型上分别设有气缸盖上形状结构、进气道芯头座、排气道芯头座以及上水套芯头座，所述的上外型四周还设有多个合型定位槽。
进一步地，所述的直浇道辅芯座底部还设有与所述直浇道连通的金属液缓流集渣区，所述的金属液缓流集渣区内侧的直浇道辅芯座上还设有用于安装滤网的滤网安装座。
进一步地，所述的横浇道芯正面分别设有排气道芯头座、下水套芯头座和气缸盖侧形状结构；所述的横浇道芯背面设有与所述金属液缓流集渣区连通的横浇道，在横浇道的内侧设有内浇道，在横浇道的两端均设有集渣包。
进一步地，所述横浇道芯与下外型之间、直浇道辅芯与下外型之间均设有用于填充自硬砂的组芯空位。
进一步地，所述的进气道芯、排气道芯为两联体结构的砂芯。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明提供了一种操作方便的柴油机气缸盖快速铸造方法，该方法适合新产品的快速铸造，使得产品验证周期缩短、成本低，符合新产品实时更改变化的要求，其侧浇底注的浇注方式，以较低的充型速度进入型腔内，有利于型腔气体的排出，从而降低铸件气孔缺陷，减少铁水对型腔及砂芯的冲刷。
2、本发明还提供了一种结构紧凑、设计合理的砂芯组件，利用该砂芯组件铸造柴油机气缸盖时，充型稳定、挡渣性能好，排气畅通，便于组芯，易获得壁厚均匀，精确的铸件，提高了铸件的产品质量。
附图说明
图1为本发明的分解结构示意图；
图2为本发明拆除上外型后的结构示意图；
图3为本发明中下外型的结构示意图；
图4为本发明中上外型的结构示意图；
图5为本发明中横浇道芯的一侧结构示意图；
图6为本发明中横浇道芯的另一侧结构示意图；
图7为本发明中进气道芯、排气道芯的结构示意图；
图8为本发明中气缸盖铸件的立体结构示意图；
图9为本发明中气缸盖铸件的侧向结构示意图；
图10为本发明中上水套芯的结构示意图；
图11为本发明中下水套芯的结构示意图。
其中：1-上外型、2-下外型、3-上水套芯、4-下水套芯、5-进气道芯、6-排气道芯、7-横浇道芯、8-直浇道辅芯、9-浇杯、10-直浇道、11-进气道芯头座、12-排气道芯头座、13-横浇道芯座、14-直浇道辅芯座、15-下水套芯头座、16-气缸盖下形状结构、17-气缸盖上形状结构、18-上水套芯头座、19-合型定位槽、20-金属液缓流集渣区、21-滤网安装座、22-气缸盖侧形状结构、23-横浇道、24-内浇道、25-集渣包、26-合型定位台、27-排气孔、a-分型面、b-气缸盖铸件。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1-11所示，本发明的一种柴油机气缸盖快速铸造的方法，该方法是采用一箱一件的砂芯组件，通过侧浇底注式的浇铸方式，从砂芯组件的一侧浇注铁水进入砂芯的气缸盖型腔内，让铁水自下而上填充满整个气缸盖型腔。该方法包括如下具体步骤：
S1,砂芯制作，以气缸盖铸件b的上下水套最大面积处作为分型面a，通过3D打印的方式分别加工出上外型1、下外型2、上水套芯3、下水套芯4、进气道芯5、排气道芯6、横浇道芯7、直浇道辅芯8；
S2，砂芯组型，将横浇道芯7、直浇道辅芯8、下水套芯4、进气道芯5、排气道芯6依次放置在下外型2上，并将上水套芯3放置在下水套芯4上，然后将上外型1合在下外型2上，组成具有气缸盖型腔的一箱一件砂芯组件；
S3，铁水浇铸，采用侧浇底注式的浇铸方式，从砂芯组件一侧向气缸盖型腔内浇注铁水，让铁水自下而上填充满整个气缸盖型腔；
S4，砂芯脱模，待铁水冷却后，将上外型1和下外型2分离，然后再分别取下上水套芯3、下水套芯4、进气道芯5、排气道芯6、横浇道芯7、直浇道辅芯8，得到气缸盖铸件b。
上述S1的砂芯制作过程中结合了3D打印技术实现快速加工各个砂芯件，并通过以气缸盖铸件b的上下水套最大面积处作为分型面a的策略以达到进气道芯5、排气道芯6、上水套芯3、下水套芯4安装定位准确、快速的目的。在步骤S2中，在横浇道芯7与下外型2之间、直浇道辅芯8与下外型2之间的组芯空位处填上自硬砂，可防止砂芯组在浇铸过程涨箱移位，使得铸件的形状尺寸精确，同时使气缸盖的浇注位置同其在发动机工作状态一样，即气缸盖的燃烧室朝下缸顶向上，以利于砂芯组装，浇铸时排气顺利。在横浇道芯7组芯前，先在下外型2上放置滤网，以滤掉大部分渣及杂质，提高铸件的质量。本发明柴油机气缸盖快速铸造方法，该方法适合新产品的快速铸造，使得产品验证周期缩短、成本低，符合新产品实时更改变化的要求，其侧浇底注的浇注方式，以较低的充型速度进入型腔内，有利于型腔气体的排出，从而降低铸件气孔缺陷，减少铁水对型腔及砂芯的冲刷。
一种在上述铸造方法中使用的砂芯组件，该砂芯组件包括上外型1、下外型2、上水套芯3、下水套芯4、进气道芯5、排气道芯6、横浇道芯7、直浇道辅芯8，其中，横浇道芯7、直浇道辅芯8、下水套芯4、进气道芯5、排气道芯6分别安装在下外型2上，上水套芯3安装在下水套芯4上，上外型1与下外型2压合连接，其横浇道芯7、直浇道辅芯8、下水套芯4、进气道芯5、排气道芯6、上水套芯3与上外型1、下外型2之间所围成的区域形成一个用于浇注铁水的气缸盖型腔，在上外型1一侧还分别设有相连通的浇杯9和直浇道10，其直浇道10与气缸盖型腔连通，直浇道辅芯8设有通孔，浇杯9、直浇道10、直浇道辅芯8上的通孔与气缸盖型腔依次连通，上外型1中还设有与气缸盖型腔连通的排气孔27，以便浇注时排气。具体的，在下外型2上分别设有进气道芯头座11、横浇道芯座13、直浇道辅芯座14、下水套芯头座15以及气缸盖下形状结构16，下外型2四周还设有多个合型定位台26；在上外型1上分别设有气缸盖上形状结构17、进气道芯头座11、排气道芯头座12以及上水套芯头座18，上外型1四周还设有多个合型定位槽19，其中，进气道芯头座11用于定位安装进气道芯5、排气道芯头座12用于定位安装排气道芯6，上水套芯头座18用于定位支撑上水套芯3，下水套芯头座15用于定位支撑下水套芯4，横浇道芯座13用于定位安装横浇道芯7，直浇道辅芯座14用于定位安装直浇道辅芯8，气缸盖上形状结构17和气缸盖下形状结构16构成了气缸盖的外形状，该种砂芯组的结构便于下芯组芯，组芯快速简单准确，易获得壁厚均匀，精确的铸件，特别适用于气缸盖新品验证开发铸造，其合型定位台26与合型定位槽19相互配合完成组芯后的合箱，定位精准快速，有利于铸出形状准确，无错箱的铸件。
在直浇道辅芯座14底部还设有与直浇道10连通的金属液缓流集渣区20，减缓铁水流速，在金属液缓流集渣区20内侧的直浇道辅芯座14上还设有用于安装滤网的滤网安装座21，通过安装滤网以过滤掉大部分渣和杂质；在横浇道芯7正面分别设有排气道芯头座12、下水套芯头座15和气缸盖侧形状结构22，以形成完整的气缸盖型腔；在横浇道芯7背面设有与金属液缓流集渣区20连通的横浇道23，横浇道23与铸件的长度方向平行，在横浇道23的内侧设有内浇道24，横浇道23的深度大于内浇道24的深度，横浇道23和内浇道24的相互配合起到分流和集渣的作用，在横浇道23的两端均设有集渣包25，用于收集微小的渣。在实际浇注的过程中，铁水从浇杯9流入直浇道10，快速进流入直浇道10的铁水到达铁水缓流集渣区20后，铁水的流速减低并在滤网的阻挡下，铁水的大部分渣及杂质被拦阻，首次过滤后的铁水经过铁水缓流集渣区20以较快的速度流入横浇道23，先冲向横浇道23两端的集渣包25，集渣包25把微小的渣收集，清洁的铁水再由内浇道24自下而上的进入气缸盖型腔内。本发明的砂芯组件，利用该砂芯组件铸造柴油机气缸盖时，充型稳定、挡渣性能好，排气畅通，便于组芯，易获得壁厚均匀，精确的铸件，提高了铸件的产品质量。优选的，在横浇道芯7与下外型2之间、直浇道辅芯8与下外型2之间均设有用于填充自硬砂的组芯空位26，在组芯完成后，在组芯空位26内填上自硬砂，可防止砂芯组在浇铸过程涨箱移位，使得铸件的形状尺寸精确；其进气道芯5、排气道芯6均两联体结构的砂芯，即进气道芯5和排气道6两两并联，便于砂芯的制造，并减少组芯困难；两个气道联在一起可以提高气道的一致性，从而降低提高进气量、排气量、涡流比等对气缸盖整体性能的影响，优化发动机的功率、油耗、排放等指标。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (10)
1.一种柴油机气缸盖快速铸造的方法，其特征在于，该方法是采用一箱一件的砂芯组件，通过侧浇底注式的浇铸方式，从砂芯组件的一侧浇注铁水进入砂芯的气缸盖型腔内，让铁水自下而上填充满整个气缸盖型腔。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机气缸盖快速铸造的方法，其特征在于，该方法包括如下具体步骤：
S1,砂芯制作，以气缸盖铸件(b)的上下水套最大面积处作为分型面(a)，通过3D打印的方式分别加工出上外型(1)、下外型(2)、上水套芯(3)、下水套芯(4)、进气道芯(5)、排气道芯(6)、横浇道芯(7)、直浇道辅芯(8)；
S2，砂芯组型，将横浇道芯(7)、直浇道辅芯(8)、下水套芯(4)、进气道芯(5)、排气道芯(6)依次放置在下外型(2)上，并将上水套芯(3)放置在下水套芯(4)上，然后将上外型(1)合在下外型(2)上，组成具有气缸盖型腔的一箱一件砂芯组件；
S3，铁水浇铸，采用侧浇底注式的浇铸方式，从砂芯组件一侧向气缸盖型腔内浇注铁水，让铁水自下而上填充满整个气缸盖型腔；
S4，砂芯脱模，待铁水冷却后，将上外型(1)和下外型(2)分离，然后再分别取下上水套芯(3)、下水套芯(4)、进气道芯(5)、排气道芯(6)、横浇道芯(7)、直浇道辅芯(8)，得到气缸盖铸件(b)。
3.根据权利要求2所述的一种柴油机气缸盖快速铸造的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，在横浇道芯(7)与下外型(2)之间、直浇道辅芯(8)与下外型(2)之间的组芯空位处填上自硬砂；在横浇道芯(7)组芯前，先在下外型(2)上放置滤网。
4.一种实现权利要求3所述的柴油机气缸盖快速铸造的方法的砂芯组件，其特征在于，包括上外型(1)、下外型(2)、上水套芯(3)、下水套芯(4)、进气道芯(5)、排气道芯(6)、横浇道芯(7)、直浇道辅芯(8)，所述的横浇道芯(7)、直浇道辅芯(8)、下水套芯(4)、进气道芯(5)、排气道芯(6)分别安装在下外型(2)上，所述的上水套芯(3)安装在下水套芯(4)上，所述的上外型(1)与下外型(2)压合连接，所述横浇道芯(7)、直浇道辅芯(8)、下水套芯(4)、进气道芯(5)、排气道芯(6)、上水套芯(3)与上外型(1)、下外型(2)之间所围成的区域形成一个用于浇注铁水的气缸盖型腔，所述的上外型(1)一侧还分别设有相连通的浇杯(9)和直浇道(10)，所述的直浇道(10)与所述的气缸盖型腔连通。
5.根据权利要求4所述的一种柴油机气缸盖快速铸造的砂芯组件，其特征在于，所述的下外型(2)上分别设有进气道芯头座(11)、横浇道芯座(13)、直浇道辅芯座(14)、下水套芯头座(15)以及气缸盖下形状结构(16)，所述的下外型(2)四周还设有多个合型定位台(26)。
6.根据权利要求4所述的一种柴油机气缸盖快速铸造的砂芯组件，其特征在于，所述的上外型(1)上分别设有气缸盖上形状结构(17)、进气道芯头座(11)、排气道芯头座(12)以及上水套芯头座(18)，所述的上外型(1)四周还设有多个合型定位槽(19)。
7.根据权利要求5所述的一种柴油机气缸盖快速铸造的砂芯组件，其特征在于，所述的直浇道辅芯座(14)底部还设有与所述直浇道(10)连通的金属液缓流集渣区(20)，所述的金属液缓流集渣区(20)内侧的直浇道辅芯座(14)上还设有用于安装滤网的滤网安装座(21)。
8.根据权利要求7所述的一种柴油机气缸盖快速铸造的砂芯组件，其特征在于，所述的横浇道芯(7)正面分别设有排气道芯头座(12)、下水套芯头座(15)和气缸盖侧形状结构(22)；所述的横浇道芯(7)背面设有与所述金属液缓流集渣区(20)连通的横浇道(23)，在横浇道(23)的内侧设有内浇道(24)，在横浇道(23)的两端均设有集渣包(25)。
9.根据权利要求4-8任意一项所述的一种柴油机气缸盖快速铸造的砂芯组件，其特征在于，所述横浇道芯(7)与下外型(2)之间、直浇道辅芯(8)与下外型(2)之间均设有用于填充自硬砂的组芯空位(26)。
10.根据权利要求9所述的一种柴油机气缸盖快速铸造的砂芯组件，其特征在于，所述的进气道芯(5)、排气道芯(6)为两联体结构的砂芯。
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