CN109290522A - 一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯，所述砂芯采用热芯制芯工艺，所述砂芯采用“宝铬砂”，即：宝珠砂、铬铁矿砂、硅砂混合在一起，按质量份2:2:1的比例配制；所述上油道芯的上表面采用0‑0.5mm的反变形量，且随油道长度方向依次递增。所述砂芯的宝铬砂混制的高强覆膜砂可使砂芯在具备较高强度的同时，大幅降低热膨胀率，可有效抑制回油道砂芯的高温形变量；通过合理的反变形量设计，减小砂芯局部的形变量；芯头配合间隙优化，有效解决高温膨胀变形时的芯头末端受阻问题，改善应力分布状态，降低断裂风险。

Description

一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯
技术领域
本发明属于铸造技术领域，尤其是涉及到柴油发动机缸体浇铸的回油道砂芯。
背景技术
2.0CTI柴油发动机缸体是我公司重点研发的一款国Ⅴ产品，产品重74kg，基础壁厚4.5mm，采用潮模砂重力铸造工艺，一型两件。该产品的回油道砂芯跨度为380mm，最小厚度15mm，横截面轮廓呈形。生产过程中发现上型回油道普遍存在变形现象，该变形现象与传统的漂芯缺陷不同，此变形趋势朝向浇注下型面，由此导致的壁厚均匀性较差，最大壁厚差达6mm，并伴随有20％左右的断芯缺陷，造成严重的质量隐患。如图1所示，A处与B处的壁厚存在较大差距，而在C处存在较大裂纹。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提出一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯，所述砂芯采用热芯制芯工艺，所述砂芯采用“宝铬砂”，即：宝珠砂、铬铁矿砂、硅砂混合在一起，按质量份2:2:1的比例配制；所述上油道芯的上表面采用0-0.5mm的反变形量，且随油道长度方向依次递增。
作为上述技术方案的改进，所述砂芯采用40-70目的“宝铬砂”。
作为上述技术方案的改进，所述砂芯固化温度为：220-260℃，固化时间为60-70s，发气量为：10-20ml/g。
作为上述技术方案的改进，所述在油道上表面安放有使砂芯均匀受力的“工”字形芯撑。
作为上述技术方案的改进，所述“工”字形芯撑高度为7-8mm，数量为3-4个。
作为上述技术方案的改进，所述砂芯的上油道前端芯头、后端芯头的外侧定位间隙为1.0mm，内侧定位间隙为0.5mm。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
(1)本发明所述砂芯，宝铬砂混制的高强覆膜砂可使砂芯在具备较高强度的同时，大幅降低热膨胀率，可有效抑制回油道砂芯的高温形变量，使铸件获得较高的尺寸精度。
(2)本发明所述砂芯，针对跨度较大的、细长结构的回油道类砂芯，根据结构特点分析出结构薄弱部位，通过合理的反变形量设计，可以减小砂芯局部的形变量。
(3)本发明所述砂芯，具备多芯头、多定位面的砂芯，根据其变形方向及变形量的大小，对芯头配合间隙进行优化设计，可有效解决高温膨胀变形时的芯头末端受阻问题，改善砂芯内部的应力分布状态，降低断裂风险。
附图说明
图1为背景技术中发动机缸体缺陷示意图；
图2为本发明所述上型回油道砂芯结构示意图；
图3为本发明所述油道变形相对轻微状态实物照片图；
图4为本发明所述油道变形严重状态(断裂状态)实物照片图；
图5为本发明所述采用“宝铬砂”制芯效果图；
图6为采用“普通覆膜砂”制芯效果图；
图7为本发明所述采用“反变形量”的砂芯效果示意图；
图8为本发明所述优化前后的上型回油道砂芯示意图；
图9为本发明所述技术方案多批次上油道壁厚偏差波动图；
图10为本发明所述整改后的壁厚解剖照片。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
上型回油道砂芯(下面简称为上油道芯)采用热芯制芯工艺——使用液态热固性树脂粘结剂和催化剂配制成的芯砂，填入加热到一定温度的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间即可缩聚硬化。中心部位的砂芯可利用余热和硬化反应放出的热量自行硬化。相关工艺参数如下所示：
芯砂种类 密度 固化温度 固化时间 抗拉强度 发气量
覆膜砂 220-260℃ 220-260℃ 60-70s 3.0MPa 10-20ml/g
【实施例一】本发明所述的砂芯，采用40-70目的“宝铬砂”，即：宝珠砂、铬铁矿砂、硅砂混合在一起，按质量份2:2:1的比例配制，抗拉强度由原来的3.0MPa提升至3.6MPa。其他性能参数见下表。
种类 耐火度(℃) 堆密度(t/m<sup>3</sup>) 热膨胀率 比热容(J/Kg.K)
硅砂 1710 1.4—1.5 1.5 1130
宝珠砂 1800-2000 2.05 0.13 1423
铬铁矿砂 1830 2.80 0.3—0.4 1214
从上表可以看出，在热膨胀率指标方面，铬铁矿砂为硅砂的1/5左右，宝珠砂仅为硅砂的1/10左右。经计算，使用宝铬砂射制的上油道芯在长度方向的理论膨胀值为1.5mm，相比单一硅砂制芯工艺，长度膨胀值减小了4mm-1.5mm＝2.5mm。如图5所示，为本发明所述采用“宝铬砂”制芯效果图；图6为采用“普通覆膜砂”制芯效果图。
宝珠砂具备较高的耐火度和非常小的热膨胀率，可有效减小薄壁水套砂芯的高温形变量，抑制脉纹的生成，对提升铸件内腔尺寸精度和清洁度均提供了可靠保障。此外，球形宝珠砂与尖角形硅砂相比，同等体积的情况下具备更小的表面积，这样对冷芯工艺树脂额消耗量也相对更低。
【实施例二】本发明所述的砂芯，主体芯组合完毕后通过下芯夹具整体转移至型腔中，然后采用人工下芯的方式完成上油道芯与主体砂芯的组合。如图2所示，D处为砂芯成型区域，E处的砂芯芯头与盖帽芯进行配合，在油道上表面安放有“工”字形芯撑；F处的砂芯芯头与曲轴箱芯芯头进行配合，同样地，在油道上表面安放有“工”字形芯撑。所述“工”字形芯撑高度为7-8mm，数量为3-4个，以砂芯均匀受力支撑为宜。
油道芯变形/断裂的直接因素为砂芯受力。因此，通过对类似于图1的缺陷件的解剖发现变形方向朝向铸造下型，与传统铸造生产中的漂芯变形(砂芯在铁液中受浮力作用，存在向上变形的趋势)不同。进一步对变形量进行确认，发现5mm的设计壁厚在变形后达到了7.5mm-11mm，如图3所示，并存在断裂现象(技术要求4.5mm+1 -0.5)，如图4所示，图4中的G处存在明显的裂纹。从回油道内腔断点披缝形式可判断出砂芯的下表面为断裂的初始位置，这一现象同样证明了回油道砂芯在浇注过程中受到了一个向下的作用力，受力程度不同导致变形量大小不一。
本发明所述的砂芯，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形量，使铸件冷却后变形的结果基本将其抵消，得到符合技术要求的铸件，这种在制造模样时预先做出的变形量称为反变形量。
由于本发明所述的砂芯的结构特殊性，中间部位仍然为受力后极易发生变形的薄弱点，因此在上油道芯的上表面设计0-0.5mm的反变形量，且随油道长度方向依次递增，在增加结构强度的同时可削减壁厚波动值。如图7所示，为本发明所述采用“反变形量”的砂芯效果示意图，图中I处的虚线为增加反变形量的油道上表面轮廓。图中II处为上油道中间部位受力变形趋势。
【实施例三】在选用宝铬砂制芯工艺后，虽然上油道芯在长度方向的形变量大幅降低，但仍存在约1.5mm的理论膨胀值。因此在保证定位精度的前提下，为了减小回油道膨胀对中间结构的挤压作用，本发明所述的砂芯将上油道前、后端芯头的外侧定位间隙由原来的0.5mm增加至1.0mm，内侧定位间隙保持原来的0.5mm不变。如图8所示，优化前后的砂芯对比如下：
区域 优化前 优化后
a处 前端芯头外侧配合间隙0.5mm 前端芯头外侧配合间隙1.0mm
b处 前端芯头内侧配合间隙0.5mm 前端芯头内侧配合间隙0.5mm
c处 后端芯头内侧配合间隙0.5mm 后端芯头内侧配合间隙0.5mm
d处 后端芯头外侧配合间隙0.5mm 后端芯头外侧配合间隙1.0mm
本发明所述的砂芯改进技术方案，对连续的三个生产批次的2.0CTI柴油机缸体的上油道壁厚值(测量位置为原砂芯断裂处)进行测量统计(技术要求4.5mm+1 -0.5)，见下表。
上油道芯工艺参数表
如图9所示，为本发明所述技术方案，多批次上油道壁厚偏差波动图。目前，2.0CTI柴油机缸体的上型回油道壁厚波动值稳定在0.5mm以内，符合图纸要求。整改后的三个批次的质量数据统计显示断芯率0％。内部成品率提升至96％以上，满足了公司的批量化生产需求。图10为整改后的壁厚解剖照片。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯，所述砂芯采用热芯制芯工艺，其特征是，所述砂芯采用“宝铬砂”，即：宝珠砂、铬铁矿砂、硅砂混合在一起，按质量份2:2:1的比例配制；所述上油道芯的上表面采用0-0.5mm的反变形量，且随油道长度方向依次递增。
2.如权利要求1所述的一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯，其特征是，所述砂芯采用40-70目的“宝铬砂”。
3.如权利要求1或2所述的一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯，其特征是，所述砂芯固化温度为：220-260℃，固化时间为60-70s，发气量为：10-20ml/g。
4.如权利要求1或2所述的一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯，其特征是，所述在油道上表面安放有使砂芯均匀受力的“工”字形芯撑。
5.如权利要求4所述的一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯，其特征是，所述“工”字形芯撑高度为7-8mm，数量为3-4个。
6.如权利要求1所述的一种发动机缸体浇铸的回油道砂芯，其特征是，所述砂芯的上油道前端芯头、后端芯头的外侧定位间隙为1.0mm，内侧定位间隙为0.5mm。
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