CN112024831A - 集成高压油泵的发动机缸体铸造方法及铸造用冷铁芯撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成高压油泵的发动机缸体铸造方法及铸造用冷铁芯撑，铸造方法包括以下步骤：将冷铁芯撑安装定位到缸体水套芯上；将装有冷铁芯撑的缸体水套芯放置到砂型外模上对应位置并锁紧；调整好铸铁铁水成分后，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；将铸件在室温下冷却，在设定的落砂时间时打开砂箱并将铸件取出；铸件上加工出油泵活塞总成孔；在加工出的油泵活塞总成孔中安装油泵活塞总成。本发明的集成高压油泵的发动机缸体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。

Description

集成高压油泵的发动机缸体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，具体地指一种集成高压油泵的发动机缸体铸造方法及铸造用冷铁芯撑。

背景技术

目前市场上量产的柴油发动机高压油泵基本采用分体式结构，缸体采用铸造工艺生产并加工而成。高压油泵泵体则分开制造，通过螺栓与缸体连接。缸体外壁与高压油泵泵体之间的空腔形成内腔。为了保证高压油泵运转时的密封性能，还需在高压油泵和缸体之间设置多层密封垫片以起到密封作用。

由于高压油泵在运转时内部的油压较高，对零件的密封性要求非常高，因此分体式缸体及高压油泵的结构装配比较复杂，制造成本高。而且后期客户维护时拆装工序复杂，维护成本高。如果装配工序不到位也容易产生漏油等风险。

中国实用新型专利第201520515964.X号“一种高压油泵与发动机缸体集成的结构”中揭示了集成有高压油泵的发动机缸体，高压油泵泵体与发动机缸体为一体铸造而成，结构简单、装卸方便、制造维护成本低，同时该集成结构使高压油泵泵体的连接强度也较高、工作时不易发出噪音、噪音污染较小。

与缸体集成的高压油泵设计虽然结构简单、拆装方便、制造和维护成本更低，而且没有高压油泵使用时的漏油风险，但缸体毛坯在铸造时在高压油泵处容易产生缩松缺陷。由于缸体集成的高压油泵处难以制造砂芯，高压油泵孔需要加工出来，因此此处热节较大，如图1 中所示，因此在凝固过程中极易产生缩松缺陷。而高压油泵在工作时压力较高，因此对此处缸体的致密性要求也非常高，不允许产生缩松缺陷，因此必须采取特殊工艺提高该区域零件的致密性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种集成高压油泵的发动机缸体铸造方法及铸造用冷铁芯撑，能够有效消除机缸体的高压油泵处的缩松，提高产品良率。

为实现上述目的，本发明所设计的集成高压油泵的发动机缸体铸造方法包括以下步骤：

步骤1)，将冷铁芯撑(7)安装定位到缸体水套芯(6)上；

步骤2，)将装有冷铁芯撑(7)的缸体水套芯(6)放置到砂型外模(8)上对应位置并锁紧；

步骤3)，调整好铸铁铁水成分后，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4)，将铸件在室温下冷却，在设定的落砂时间时打开砂箱并将铸件取出；

步骤5)，铸件上加工出油泵活塞总成孔；

步骤6)，在加工出的油泵活塞总成孔中安装油泵活塞总成(2)。

优选地，在所述步骤1)中，冷铁芯撑(7)的通过冷铁(71)两侧的支架(72)用木螺钉固定到缸体水套芯(6)上对应的位置，使得冷铁(71)位于高压油泵的内腔中。

优选地，在所述步骤2)中，缸体水套芯(6)通过芯头与砂型外模7配合定位，使得冷铁(71)位于砂型外模(8)上形成高压油泵处且位于高压油泵的内腔中。

优选地，在所述步骤5)中，冷铁(71)被加工掉形成油泵活塞总成孔。

为实现上述目的，本发明所设计的集成高压油泵的发动机缸体铸造用冷铁芯撑，应用于上述集成高压油泵的发动机缸体铸造方法中，所述冷铁芯撑(7)包括冷铁(71)及支架(72)，所述冷铁(71)两侧设有支架(72)，所述支架(72)上开设有供紧固件穿过的孔，所述冷铁(71)的形状与高压油泵内腔形状随型。

优选地，所述冷铁(71)采用冲压钢板制成且表面镀有一层锡。

优选地，所述冷铁(71)上均布有助熔孔(73)，所述助熔孔(73) 为通孔。

优选地，所述冷铁7的两侧向上伸出4个所述支架(72)，每一所述支架(72)上各有1个供木螺钉穿过的孔。

本发明的有益效果是：本发明的集成高压油泵的发动机缸体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；冷铁的表面镀有锡，由于锡的熔点较低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，本发明的集成高压油泵的发动机缸体铸造方法不仅可以应用于柴油发动机高压油泵部位的制造，同样可以应用于类似铸造零件中存在热节且出现缩松缺陷的部位。

附图说明

图1为集成高压油泵的柴油发动机缸体铸件的热节分布状态图；

图2为采用本发明优选实施例的集成高压油泵的柴油发动机缸体铸造方法铸造出的铸件毛坯图(高压油泵孔未铸出)；

图3为图2中的集成高压油泵的柴油发动机缸体加工后的缸体成品图与高压油泵装配示意图；

图4为本发明优选实施例的集成高压油泵的柴油发动机缸体铸造用冷铁芯撑的结构示意图；

图5为图4中的冷铁芯撑与砂芯组装后的结构示意图；

图6为图5中的冷铁芯撑与砂芯组装后安放到砂型外模后的结构示意图。

图中各部件标号如下：未加工油泵活塞总成孔的高压油泵泵体1；油泵活塞总成2；缸体本体3；加工出油泵活塞总成孔的高压油泵泵体4；油泵凸轮轴5；缸体水套芯6；冷铁芯撑7、砂型外模8。

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，集成高压油泵的柴油发动机缸体的高压油泵处由于热节较大，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，本发明的集成高压油泵的发动机缸体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，从而能够有效消除集成高压油泵的柴油发动机缸体的喷油孔处的缩松，提高产品良率。

请参阅图4，本发明优选实施例的集成高压油泵的柴油发动机缸体铸造用冷铁芯撑7为随型冷铁芯撑，包括冷铁71及支架72。冷铁 71的形状与高压油泵的内腔形状相近，由于该区域芯部会加工掉，因此贴近高压油泵内壁的区域对零件的致密性要求最高。因此将冷铁71 放置在该区域对提高致密性帮助最大。冷铁上端设有有4个支架72，通过螺钉将支架72固定到树脂砂砂芯(缸体水套芯6)上，悬挂在高压油泵部位。冷铁71均布助熔孔73且表层镀锡以促进冷铁71与铁水的熔合。

具体地，冷铁71的形状与高压油泵内腔形状随型，且通过支架 72确保冷铁71处于零件厚大部位的芯部，以确保使冷铁71最大限度的发挥吸收热量消除缩松的作用。

由于冷铁71采用冲压钢板，钢材由于碳含量较低的原因其熔点高于铸铁材料的熔点(钢材熔点1500℃，铸铁熔点1300-1400℃)，铁水流动到高压油泵处的温度约为1400℃左右。为了促进冷铁71与铸件完全熔合在一起，而且不会影响局部的材料组织和力学性能，冷铁 71的表面镀有一层锡(熔点230℃)，锡能作为涂层既能有效促进冷铁与铁水的相互熔合，又能在冷铁71存储时确保冷铁不会因为表层氧化而向铸件中带入氧化渣的缺陷。冷铁71表层均布的助熔孔73起到减小冷铁71与铸件熔合在一起所需要的热容量，从而促进该部位的材料一致性。

冷铁71上的4个支架72上各有1个螺钉孔，木螺钉通过孔嵌入砂芯内以起到安装定位的作用。

高压油泵的形状尺寸由缸体水套芯6和砂型外模8之间的空腔形成。但该空腔容易产生缩松缺陷，因此在该部位需要放置冷铁消除后大部位的缩松缺陷。先将冷铁71通过螺栓或螺钉铆接到缸体水套芯6 上形成高压油泵的区域，然后将组合好的缸体水套芯6及冷铁芯撑7 合件放置到砂型外模8中，通过缸体水套芯6通过芯头与砂型外模7 配合定位。随后将缸体水套芯6与砂型外模8组合在一起。合箱后浇注出合格的缸体毛坯。

请结合参阅图5、图6、图2和图3，本发明的集成高压油泵的发动机缸体铸造方法包括以下步骤：本方法主要分为放置冷铁芯撑、组芯、浇注及冷却清理、加工等几个步骤。

步骤1)，安装冷铁芯撑7。

将冷铁芯撑7固定在缸体水套芯6上。具体地，将冷铁芯撑7的支架72通过螺钉固定到缸体水套芯6上对应的位置，使得冷铁71位于高压油泵的内腔中。

步骤2，)组芯。

将装有冷铁芯撑7的缸体水套芯6放置到砂型外模8上对应位置并锁紧，使得冷铁71位于砂型外模8上形成高压油泵处且位于高压油泵的内腔中。锁紧后将整套砂芯放置在造型线的砂箱中待浇注。

步骤3)，浇注。

调整好铸铁铁水成分后，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4)，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5)，加工油泵活塞总成孔。

在缸体本体3上未加工油泵活塞总成孔的高压油泵泵体1上加工出油泵活塞总成孔，冷铁71被加工掉，形成加工出油泵活塞总成孔的高压油泵泵体4。

步骤6)，安装油泵活塞总成2。

在加工出油泵活塞总成孔的高压油泵泵体4的油泵活塞总成孔中安装油泵活塞总成2，从而完成高压油泵的成型和装配。

由于高压油泵的油泵活塞总成孔部位缩松倾向很大，未放置冷铁芯撑7时非常容易产生缩松。放置冷铁芯撑7后，当一定化学成分的铁水的收缩倾向较小时，冷铁7可直接在与铁水熔合把油泵活塞总成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7在与铸件熔合时也无法完全消除缩松，这时该冷铁芯撑7可以将缩松的范围控制在油泵活塞总成孔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集成高压油泵的柴油发动机缸体零件。

综上所述，本发明的集成高压油泵的发动机缸体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，本发明的集成高压油泵的发动机缸体铸造方法不仅可以应用于柴油发动机高压油泵部位的制造，同样可以应用于类似铸造零件中存在热节且出现缩松缺陷的部位。

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 (8)

1.一种集成高压油泵的发动机缸体铸造方法包括以下步骤：

步骤1)，将冷铁芯撑(7)安装定位到缸体水套芯(6)上；

步骤2，)将装有冷铁芯撑(7)的缸体水套芯(6)放置到砂型外模(8)上对应位置并锁紧；

步骤3)，调整好铸铁铁水成分后，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4)，将铸件在室温下冷却，在设定的落砂时间时打开砂箱并将铸件取出；

步骤5)，铸件上加工出油泵活塞总成孔；

步骤6)，在加工出的油泵活塞总成孔中安装油泵活塞总成(2)。

2.根据权利要求1所述的集成高压油泵的发动机缸体铸造方法，其特征在于：在所述步骤1)中，冷铁芯撑(7)的通过冷铁(71)两侧的支架(72)用木螺钉固定到缸体水套芯(6)上对应的位置，使得冷铁(71)位于高压油泵的内腔中。

3.根据权利要求1所述的集成高压油泵的发动机缸体铸造方法，其特征在于：在所述步骤2)中，缸体水套芯(6)通过芯头与砂型外模7配合定位，使得冷铁(71)位于砂型外模(8)上形成高压油泵处且位于高压油泵的内腔中。

4.根据权利要求1所述的集成高压油泵的发动机缸体铸造方法，其特征在于：在所述步骤5)中，冷铁(71)被加工掉形成油泵活塞总成孔。

5.一种集成高压油泵的发动机缸体铸造用冷铁芯撑，应用于权利要求1所述的集成高压油泵的发动机缸体铸造方法中，其特征在于：所述冷铁芯撑(7)包括冷铁(71)及支架(72)，所述冷铁(71)两侧设有支架(72)，所述支架(72)上开设有供紧固件穿过的孔，所述冷铁(71)的形状与高压油泵内腔形状随型。

6.根据权利要求5所述的集成高压油泵的发动机缸体铸造用冷铁芯撑，其特征在于：所述冷铁(71)采用冲压钢板制成且表面镀有一层锡。

7.根据权利要求5所述的集成高压油泵的发动机缸体铸造用冷铁芯撑，其特征在于：所述冷铁(71)上均布有助熔孔(73)，所述助熔孔(73)为通孔。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的集成高压油泵的发动机缸体铸造用冷铁芯撑，其特征在于：所述冷铁7的两侧向上伸出4个所述支架(72)，每一所述支架(72)上各有1个供木螺钉穿过的孔。

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