CN111992665A - 柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑 - Google Patents

柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑，铸造方法包括以下步骤：将与喷油器孔尺寸匹配的冷铁芯撑放置在喷油器孔砂芯上，整套砂芯放置在造型线的砂箱中；在设定的浇注温度时按照设定的浇注速度将铁水从砂箱的浇口杯注入砂芯的型腔内；在设定的落砂时间时打开砂箱并将铸件取出，把铸件连带的浇注系统及表面附着的型砂清理干净；在铸件的冷铁芯撑处机加工出对应的喷油器孔。本发明的冷铁芯撑在铁水凝固时能发生熔合，能够吸收热量从而消除铸件中的缩松缺陷；冷铁芯撑的定位芯在装配时能放置在砂芯上起到定位作用的同时也能消除铸件芯部的缩松，或者将缩松区域控制在加工范围以内，并由后期的机加工工序将缩松去除。

Description

柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体地指一种柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑。
背景技术
对于柴油发动机而言，喷油器孔部位的缩松是各个机型缸盖的通用性问题。为了解决该问题，各厂家通常采用两种方法：
第一种，喷油器孔处铸造为实心。这种方法便于在喷油器孔处上端设置冒口，特别是缩松严重时可以设置昂贵的发热冒口以消除缩松。但该方法只能用于平浇工艺，由于受到砂箱尺寸的限制，使用该工艺的重型柴油发动机缸盖只能实现一型一件，铸造效率较低。而且铸造需要匹配昂贵的发热冒口，进一步增加了生产成本。
第二种，喷油器孔直接铸出。该方法虽然能在一定程度上缓解喷油器孔部位的热节问题。但只能把集中的热节分散到喷油器孔四周，当铁水缩松倾向较大时，铸出的喷油器孔四周仍然会产生缩松缺陷，而且由于缩松更加分散，反而不易集中解决。
由于目前重型柴油发动机多采用四气门的布置结构，左右进-进气门、左右排-排气门对称布置，且中间设置有喷油器孔。喷油器处又位于发动机每缸缸套的中心部位，也是燃油燃烧的热负荷与油气混合产生的压力最大的部位，因此对此处铸件的致密性和尺寸精度要求苛刻，此处要求尺寸精确且不能允许缩松存在。此外由于柴油发动机缸盖的复杂结构，铸件在凝固时气门孔和喷油器孔附近的热节最大，如图1中所示，从而导致产品上出现缩松。
中国发明专利申请第201910534771.1号“汽缸盖铸件的防缩松铸造方法”中涉及到的目标零件为灰铸铁缸盖，灰铸铁材料的缩松倾向比蠕墨铸铁材料低，缩松缺陷更容易消除。中国发明专利申请第201510993192.5号“一种防止缩孔的铸造工艺”涉及到铸钢零件的生产，由于铸钢的浇注温度较高，铸件的收缩状态不尽相同。而且铸钢材料由于碳含量较低，铁水流动性差，且材料的导热性能较差，不使用与车用发动机缸盖类零件。因此没有缓解缩松缺陷的需求。
针对柴油发动机蠕墨铸铁缸盖而言，现在仍没有合适的工艺来消除喷油器孔处的缩松问题，从而导致废品率较高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑，能够有效消除柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的喷油孔处的缩松，提高合格率。
为实现上述目的，本发明所设计的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法包括以下步骤：
步骤1)，将制造好的下水套芯、上水套芯和油池芯的砂芯放置在底板芯上，将与喷油器孔尺寸匹配的冷铁芯撑(10)放置在喷油器孔砂芯上，将气道芯、上顶盖芯组合后锁紧，整套砂芯放置在造型线的砂箱中；
步骤2)，调整好蠕墨铸铁铁水成分后，在设定的浇注温度时按照设定的浇注速度将铁水从砂箱的浇口杯注入砂芯的型腔内；
步骤3)，在设定的落砂时间时打开砂箱并将铸件取出，把铸件连带的浇注系统及表面附着的型砂清理干净；
步骤4)，在铸件的冷铁芯撑(10)处机加工出对应的喷油器孔。
优选地，在所述步骤1)中，所述冷铁芯撑(10)的冷铁筒(11)套住喷油器孔砂芯的芯头，所述冷铁筒(11)中间同轴设置的定位芯(12)落在喷油器孔砂芯的芯头上，所述冷铁筒(11)与所述定位芯(12)之间采用支撑臂(13)连接固定。
优选地，所述冷铁筒(11)、定位芯(12)及支撑臂(13)由钢板冲压而成且表层镀锡。
优选地，所述支撑臂(13)与所述定位芯(12)和所述冷铁筒(11)通过冷焊工艺焊接连接。
为实现上述目的，本发明所设计的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑包括冷铁筒(11)、定位芯(12)及支撑臂(13)，所述冷铁筒(11)为等壁厚圆筒，所述定位芯12为同轴设置在所述冷铁筒11内的圆柱体，所述支撑臂(13)连接所述冷铁筒(11)与定位芯(12)，所述冷铁筒(11)、所述定位芯(12)及所述支撑臂(13)均为钢板冲压而成。
优选地，所述冷铁筒(11)、所述定位芯(12)及所述支撑臂(13)的表层镀锡。
优选地，所述支撑臂(13)与所述定位芯(12)和所述冷铁筒(11)通过冷焊工艺焊接连接。
优选地，所述支撑臂(13)连接所述定位芯(12)的上端与所述冷铁筒(11)的内壁上端。
优选地，所述定位芯(12)通过3个绕轴线均匀分布的所述支撑臂(13)固定于所述冷铁筒(11)内。
优选地，所述冷铁筒(11)的外径小于喷油器孔的内径。
本发明的有益效果是：本发明的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑中，冷铁芯撑在铁水凝固时能发生熔合，能够吸收热量从而消除铸件中的缩松缺陷；冷铁芯撑的定位芯在装配时能放置在砂芯上起到定位作用的同时也能消除铸件芯部的缩松；冷铁芯撑的表面镀有锡，锡的熔点较低且在铁合金中能够促进珠光体的形成，不会向铸件中引入恶化材料性能的杂质；此外由于锡层的保护，冷铁芯撑在日常的储存时可以避免氧化，从而避免其作为内冷铁时将氧化物带入铸件中形成氧化渣缺陷。
附图说明
图1为柴油发动机缸盖铸件的热节分布状态图。
图2为本发明优选实施例的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑的立体结构示意图。
图3为图1中的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑的俯视图。
图4为图1中的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑的俯视图的轴向剖视图。
图5为缸盖砂芯上冷铁芯撑的分布示意图。
图6为冷铁芯撑与缸盖砂芯的装配关系示意图。
图中各部件标号如下：组芯10(其中，冷铁筒11、定位芯12、支撑臂13)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如前文和图1中所示，柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的喷油器孔处由于热节较大，铁水凝固时铁水由液相向固相转变时体积缩小，热节较大区域最后凝固因而极易产生缩松缺陷，而且缩松大都出现在芯部。基于此，本发明的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑通过对热节处的铸造结构及方法进行改进，从而能够有效消除柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的喷油孔处的缩松，提高合格率。
请参阅图2、图3和图4，本发明优选实施例的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑为随型冷铁芯撑10，包括冷铁筒11、定位芯12及支撑臂13，冷铁筒11、定位芯12及支撑臂13均由钢板冲压而成且表层镀锡以促进与铸件熔合。冷铁筒11为等壁厚圆筒，圆筒尺寸与喷油器孔的尺寸接近(冷铁筒11的外径略小于喷油器孔的内径)；定位芯12为圆柱体，同轴设置在冷铁筒11内，且定位芯12在安装在缸盖砂芯上时正好落在形成喷油器孔的盲孔的芯头上；支撑臂13连接定位芯12的上端与冷铁筒11的内壁，将定位芯12固定在冷铁筒11内。图示实施例中，定位芯12通过3个绕轴线均匀分布的支撑臂13固定于冷铁筒11内，支撑臂13与定位芯12和冷铁筒11通过冷焊工艺焊接连接。
冷铁芯撑10在铸造时放置缸盖砂芯的喷油器孔处，冷铁筒11的圆筒尺寸与喷油器孔尺寸接近，而定位芯12正好落在形成喷油器孔处的盲孔的芯头上，如此冷铁芯撑10可定位在缸盖砂芯上。
请结合参阅图5和图6，本发明的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法包括以下步骤：本方法主要分为組芯及放置冷铁、浇注及冷却清理、加工几个步骤。
步骤1)，组芯及放置冷铁芯撑。
将制造好的下水套芯、上水套芯和油池芯的砂芯放置在底板芯上，将冷铁芯撑10放置在喷油器孔砂芯上。把冷铁芯撑10的冷铁筒11套住喷油器孔砂芯的芯头，且冷铁芯撑10中间的定位芯12落在芯头上。这种配合关系可以保证冷铁筒11的位置在平面方向和垂直方向不会移动，在遇到铁水时固定在喷油器孔位置。随后把气道芯、上顶盖芯与这些砂芯和冷铁芯撑组合在一起，并用螺杆锁紧。锁紧后将整套砂芯放置在造型线的砂箱中待浇注。
步骤2)，浇注。
调整好蠕墨铸铁铁水成分后，在设定的浇注温度时按照设定的浇注速度将铁水从砂箱的浇口杯注入砂芯的型腔内。
步骤3)，冷却清理。
铸件在室温下保存，在设定的落砂时间时打开砂箱并将铸件取出。把铸件连带的浇注系统及表面附着的型砂清理干净后进行加工；
步骤4)，加工喷油器孔。
在冷铁芯撑10处机加工出喷油器孔。
由于喷油器孔部位缩松倾向很大，未放置冷铁芯撑10时非常容易产生缩松。放置冷铁芯撑10后，当一定化学成分的铁水的收缩倾向较小时，冷铁可直接在与铁水熔合把喷油器孔部位的缩松消除掉。但当铁水中加入的合金含量较高、缩松倾向较大时，冷铁芯撑10在与铸件熔合时也无法完全消除缩松，这时该冷铁芯撑10可以将缩松的范围控制在冷铁芯撑10的范围内以确保缩松在加工区域中。这样在加工过程中即可把缩松缺陷加工掉，从而得到内部质量完整的合格的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖零件。
综上所述，本发明的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑中，冷铁芯撑在铁水凝固时能发生熔合，能够吸收热量从而消除铸件中的缩松缺陷；冷铁芯撑的定位芯在装配时能放置在砂芯上起到定位作用的同时也能消除铸件芯部的缩松，或者将缩松区域控制在加工范围以内，并由后期的机加工工序将缩松去除。此外，冷铁芯撑的表面镀有锡，由于锡的熔点较低(约为230℃)，且锡在铁合金中能够促进珠光体的形成，不会向铸件中引入恶化材料性能的杂质；此外由于锡层的保护，冷铁芯撑在日常的储存时可以避免氧化，从而避免其作为内冷铁时将氧化物带入铸件中形成氧化渣缺陷。另外，采用本发明的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法及铸造用冷铁芯撑便于实现立浇工艺，从而实现一型两件以达到生产效率翻倍、成本大幅降低的目的。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法包括以下步骤：
步骤1)，将制造好的下水套芯、上水套芯和油池芯的砂芯放置在底板芯上，将与喷油器孔尺寸匹配的冷铁芯撑(10)放置在喷油器孔砂芯上，将气道芯、上顶盖芯组合后锁紧，整套砂芯放置在造型线的砂箱中；
步骤2)，调整好蠕墨铸铁铁水成分后，在设定的浇注温度时按照设定的浇注速度将铁水从砂箱的浇口杯注入砂芯的型腔内；
步骤3)，在设定的落砂时间时打开砂箱并将铸件取出，把铸件连带的浇注系统及表面附着的型砂清理干净；
步骤4)，在铸件的冷铁芯撑(10)处机加工出对应的喷油器孔。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法，其特征在于：在所述步骤1)中，所述冷铁芯撑(10)的冷铁筒(11)套住喷油器孔砂芯的芯头，所述冷铁筒(11)中间同轴设置的定位芯(12)落在喷油器孔砂芯的芯头上，所述冷铁筒(11)与所述定位芯(12)之间采用支撑臂(13)连接固定。
3.根据权利要求2所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法，其特征在于：所述冷铁筒(11)、定位芯(12)及支撑臂(13)由钢板冲压而成且表层镀锡。
4.根据权利要求3所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法，其特征在于：所述支撑臂(13)与所述定位芯(12)和所述冷铁筒(11)通过冷焊工艺焊接连接。
5.一种柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑，应用于权利要求1所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖的铸造方法中，其特征在于：所述冷铁芯撑(10)包括冷铁筒(11)、定位芯(12)及支撑臂(13)，所述冷铁筒(11)为等壁厚圆筒，所述定位芯(12)为同轴设置在所述冷铁筒(11)内的圆柱体，所述支撑臂(13)连接所述冷铁筒(11)与定位芯(12)，所述冷铁筒(11)、所述定位芯(12)及所述支撑臂(13)均为钢板冲压而成。
6.根据权利要求5所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑，其特征在于：所述冷铁筒(11)、所述定位芯(12)及所述支撑臂(13)的表层镀锡。
7.根据权利要求5所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑，其特征在于：所述支撑臂(13)与所述定位芯(12)和所述冷铁筒(11)通过冷焊工艺焊接连接。
8.根据权利要求5所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑，其特征在于：所述支撑臂(13)连接所述定位芯(12)的上端与所述冷铁筒(11)的内壁上端。
9.根据权利要求8所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑，其特征在于：所述定位芯(12)通过3个绕轴线均匀分布的所述支撑臂(13)固定于所述冷铁筒(11)内。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的柴油发动机蠕墨铸铁缸盖铸造用冷铁芯撑，其特征在于：所述冷铁筒(11)的外径小于喷油器孔的内径。
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