CN113333671B - 一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，涉及内燃机技术领域，解决了气缸盖夹杂、气孔和疏松缺陷的问题，该方法采用一型两件进行生产，砂型中的两件气缸盖型腔分布方式为左右并排设置；使金属液从砂型上位于排气端面一侧的两件气缸盖型腔之间的位置分别朝左和右流动并进入到相应侧的气缸盖型腔中，使金属液自下而上分别填充满相应的气缸盖型腔。该方法能够减少气缸盖夹杂、气孔和疏松缺陷，提高气缸盖内部质量，降低渗漏率。

Description

一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体的说，是一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法。

背景技术

气缸盖是柴油机零件中的重要零部件之一，高速大功率柴油机气缸盖外型紧凑，结构复杂，包含进气道、排气道、冷却水腔等结构，工作时承受高温和冲击力的作用，要求气缸盖内部组织致密、不能出现疏松、夹渣、气孔、渗漏等缺陷。

申请人对柴油机气缸盖铸造技术进行国内外技术查新检索发现：

1、专利名称：柴油机气缸盖铸造方法，申请号：200710023424.X，公开日2007.11.7的中国专利的技术方案采用底注式浇注，四个内浇口在气缸盖底部两侧对向设计，缺点是该底注方式在浇注过程中铁液从两侧内浇口向中心流动，最终在中心位置交汇，交汇处容易形成气孔、夹渣等铸造缺陷。

2、专利名称：气缸盖的铸造工艺，申请号：CN201110107863.5，公开日2012.10.31的中国专利的技术方案采用的是碱性酚醛树脂砂造型，缺点是碱性酚醛树脂砂与呋喃树脂自硬砂相比，常温下抗拉强度较低、树脂加入量大和发气量大。

3、专利名称：一种柴油机气缸盖快速铸造的方法及砂芯组件，申请号：CN201811510152.0，公开日2019.01.25的中国专利的技术方案采用的是竖向插入式的滤网安装座，位于金属液缓流集渣区，缺点是该发明存在一定的局限性，适用于使用3D打印方式生产型芯，此时滤网座可以无拔模斜度，滤网安装时与安装座的间隙均匀，滤渣效果较好，而使用传统铸造方法生产型芯时采用模具，为便于起模，需要在模具上增加拔模斜度，斜度尺寸随高度增加逐渐增大，采用竖向滤网安装座时根部尺寸大于顶部尺寸，滤网安装时与滤网座间隙较大，滤渣效果变差。

4、专利名称：船用柴油机气缸盖铸件的一箱两件铸造工艺，申请号：CN201910552138.5，公开日2019.08.23的中国专利的技术方案采用的是：(1)左右两件气缸盖砂型分布方式为中心对称，相邻侧面的中心线上设置横浇道，相邻侧面设置内浇道，缺点是气缸盖在砂芯中采用该分布方式，相邻侧的位置热量集中，冷却速度较慢，易造成热量集中区域出现疏松类铸造缺陷；(2)气缸盖外模砂芯与砂型之间的间隙用废砂填充，缺点是砂型紧实度和刚度较差，易造成气缸盖基体组织致密性差。

5、专利名称：一种底注浇冒结构，申请号：CN202010604730.8，公开日：2020.9.22的中国专利的技术方案采用的是：过滤片设置在直浇道的底部，缺点是金属液浇注过程中液流直接冲击过滤片，若浇注型腔内的铁液重量较大，容易出现过滤片破碎的情况，无法起到有效的滤渣作用，易造成铸件夹渣和夹杂作用。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，该方法能够减少气缸盖夹杂、气孔和疏松缺陷，提高气缸盖内部质量，降低渗漏率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，该方法采用一型两件进行生产，砂型中的两件气缸盖型腔分布方式为左右并排设置；使金属液从砂型上位于排气端面一侧的两件气缸盖型腔之间的位置分别朝左和右流动并进入到相应侧的气缸盖型腔中，使金属液在气缸盖型腔内以从排气端向进气端、从下向上的方式流动，分别填充满相应的气缸盖型腔。

采用上述方法时，两件气缸盖型腔分布方式为左右并排设置，即两件气缸盖在同一砂型中左右并排放置，两件气缸盖排气道同在一个方向、进气道同在另外一个方向，金属液在砂型的排气端面的一侧流动，避免浇注时浇注系统与气缸盖之间热量集中，防止气缸盖局部过热，减少疏松缺陷的产生，同时使金属液从砂型上位于排气端面一侧的两件气缸盖型腔之间的位置分别朝左和右流动并进入到相应侧的气缸盖型腔中，使金属液在气缸盖型腔内以从排气端向进气端、从下向上的方式流动，分别填充满相应的气缸盖型腔，实现金属液的平稳充型，减少气孔缺陷的产生。

进一步的：该方法包括以下步骤：

S1、确定气缸盖在砂型内的设置方式为火力板面向下、气缸盖罩面向上；

S2、确定气缸盖分型方式为气缸盖底面水平分型，且分为上下两型；

S3、确定气缸盖一型两件，并确定两件气缸盖在砂型中分布方式为左右并排设置；

S4、确定浇注系统的尺寸和摆放位置，使浇注系统中直浇道位于上砂型，直浇道窝位于下砂型，下砂型有一位于两气缸盖之间且靠近排气端一侧的竖向横浇道与直浇道窝相连，上砂型有一位于排气端面并与竖向横浇道连接的横跨两气缸盖的横向横浇道，在竖向横浇道同横向横浇道相连的位置放置过滤片，使单个气缸盖的内浇道位置在排气端面处；

S5、模具制作；

S6、砂芯和上下砂型生产；

S7、下砂型内装入砂芯后，合上上砂型，上砂型顶部放置压铁；

S8、熔炼浇注；

S9、落砂清理。

横浇道包括竖向横浇道和横向横浇道，横向横浇道和内浇道位于排气端面一侧，避免浇注时浇注系统与气缸盖之间热量集中，防止气缸盖局部过热，减少疏松缺陷的产生，同时保证了浇注过程中金属液在砂型内以从排气端向进气端、从下向上的方式流动，实现金属液的平稳充型，减少气孔缺陷的产生。

进一步的：步骤S3中，确定两个气缸盖中心连线位于砂型长度方向中心线的一侧。在砂型内宽度方向上有铸件、横浇道和内浇道，气缸盖中心连线向一侧偏移，能在另一侧为浇注系统设计预留位置，避免单侧过于靠近边缘。

进一步的：步骤S4中，确定气缸盖的内浇道设置于上砂型。

进一步的：步骤S4中，确定单个气缸盖的内浇道数量设置为两个，使单个气缸盖的内浇道位置在排气端面的横向上的两处。单个气缸盖配两个内浇道，可使单个内浇道流过的金属液较少，能减轻内浇道边缘受金属液冲刷，避免内浇道附近型芯被冲毁而使气缸盖出现夹砂缺陷甚至导致渗漏；另外，两个内浇道浇注时，单个内浇道附近的热量相对较少，避免局部过热，减少疏松缺陷的产生倾向。

进一步的：步骤S4中，确定浇注系统中过滤片的放置位置在下砂型的竖向横浇道与上砂型的横向横浇道相交处的下砂型位置，过滤片的放置方式为水平放置。在下砂型的竖向横浇道与上砂型的横向横浇道相交处的下砂型位置水平放置过滤片，可以减少过滤片与过滤座之间的间隙，有效过滤金属液中的杂物，较少气缸盖出现夹杂缺陷。

进一步的：步骤S4中，确定横浇道放置过滤片处的截面尺寸大于横浇道其他位置处的截面尺寸。过滤片放置位置处的横浇道截面尺寸大于其他位置处的横浇道截面尺寸，保证了金属液经过过滤片时不影响后续浇注系统内的流量。

进一步的：确定横浇道放置过滤片处的截面的截面积为横浇道其他位置处截面积的2倍，以保证金属液经过陶瓷过滤片不影响后续浇注系统内的流量。

进一步的：步骤S6中，确定上砂箱和下砂箱采用整体铸造砂箱，砂箱与模具之间使用型砂进行填充。上下外型生产时，采用两个整体铸造砂箱，整体铸造砂箱刚度高，不容易变形，能够提高气缸盖内部的致密性。

进一步的，步骤S6中，砂箱与模具之间使用呋喃树脂自硬砂填充，以增加砂型刚度，提高气缸盖组织致密性。

进一步的：步骤S7中，确定下砂型内装入砂芯后，合上上砂型，上砂型顶部放置压铁。合箱后上砂型顶部放置压铁即可进行浇注，用压铁代替箱卡或螺栓紧固，减少了操作者的工作量和劳动强度。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明中，两件气缸盖型腔分布方式为左右并排设置，即两件气缸盖在同一砂型中左右并排放置，两件气缸盖排气道同在一个方向、进气道同在另外一个方向，金属液在砂型的排气端面的一侧流动，避免浇注时浇注系统与气缸盖之间热量集中，防止气缸盖局部过热，减少疏松缺陷的产生，同时使金属液从砂型中两气缸盖之间的位置朝左右两侧流动，实现金属液的平稳充型，减少气孔缺陷的产生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了砂型的俯视结构；

图2示出了去除下砂型时的侧视结构；

图3示出了部分浇注系统的结构；

图中标记为：

1、直浇道；2、竖向横浇道；3、陶瓷过滤片；4、横向横浇道连接位置；5、横向横浇道；6、内浇道；7、冷铁；8、砂型长度方向中心线；9、气缸盖中心线；10、右侧气缸盖；11、型板竖向中心线；12、左侧气缸盖；13、竖向横浇道连接位置；14、直浇道窝。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，该方法能够减少气缸盖夹杂、气孔和疏松缺陷，提高气缸盖内部质量，降低渗漏率，如图1、图2、图3所示，特别设置成下述结构：

基本的，该种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法采用一型两件进行生产，使砂型中的两件气缸盖型腔分布方式为左右并排设置，该方法采用的模具中的浇注系统需要使金属液从砂型上位于两气缸盖之间的中心线上，靠近排气端一侧排气端面一侧的位置向下流动，并使金属液在排气端面处位于两件气缸盖型腔之间的位置分别朝左和右流动并进入到相应侧的气缸盖型腔中，使金属液在气缸盖型腔内以从排气端向进气端、从下向上的方式流动，分别填充满相应的气缸盖型腔。

采用上述方法时，确定两件气缸盖型腔分布方式为左右并排设置，即两件气缸盖在同一砂型中左右并排放置，两件气缸盖排气道同在一个方向、进气道同在另外一个方向，让金属液在砂型的排气端面的一侧流动，可避免浇注时浇注系统与气缸盖之间热量集中，防止气缸盖局部过热，减少疏松缺陷的产生，同时使金属液从砂型的两气缸盖的之间的位置分别朝左和右流动并进入到相应侧的气缸盖型腔中，使金属液在气缸盖型腔内以从排气端向进气端、从下向上的方式流动，分别填充满相应的气缸盖型腔，实现金属液的平稳充型，减少气孔缺陷的产生。

具体的，本实施例以外形尺寸为340×220×210mm的气缸盖为例进行说明，该方法的实现包括以下步骤：

S1、由于气缸盖与机体装配接触的火力板面要求较高，需保证该位置处的内部质量，确定气缸盖在砂型内的设置方式为火力板面向下、气缸盖罩面向上，摆放状态参见图1和图2。

S2、根据气缸盖在砂芯内的摆放方式，为保证浇注过程中金属液平稳充型，确定气缸盖分型方式为气缸盖底面水平分型，且分为上下两型，分型位置参见图2。

S3、根据现有工装尺寸和气缸盖外型尺寸，确定气缸盖一型两件生产；为保证两件气缸盖在砂型内所处的状态一致，确定右侧气缸盖10和左侧气缸盖12在同一砂型中分布方式为左右并排设置，即右侧气缸盖10和左侧气缸盖12排气道同在一个方向、进气道同在另外一个方向；右侧气缸盖10和左侧气缸盖12关于型板竖向中心线11左右并排设置。

S4、确定浇注系统的尺寸和摆放位置，确定采用底部注入式浇铸系统，使浇注系统中直浇道1位于上砂型，直浇道窝14位于下砂型；下砂型有一位于两气缸盖之间且靠近排气端面一侧的竖向横浇道2与直浇道窝14相连；上砂型有一横向横浇道5，横向横浇道5位于排气端面并横跨两气缸盖设置，横向横浇道5与竖向横浇道2连接，在竖向横浇道2同横向横浇道5相连的位置放置一块水平设置的陶瓷过滤片3，确定单个气缸盖的内浇道6位置在排气端面处，位于上砂型。浇注系统见图1、图2和图3。

S5、模具制作。

S6、砂芯、上砂型和下砂型生产，生产上砂型和下砂型时，根据现场工装，确定砂箱采用金属砂箱，金属砂箱优选为整体铸造砂箱，该种砂箱刚度较高，不容易产生变形，生产的铸件组织致密，内部质量较好。为提高砂型的刚度进而提高组织致密性，砂箱与模具之间使用型砂进行填充。优选的，为减少型砂的发气量型砂采用呋喃树脂自硬砂，增加砂型刚度，提高气缸盖组织致密性，呋喃树脂自硬砂硬化后起箱，可形成外侧带砂箱的上砂型和下砂型。

S7、下砂型内装入砂芯后，合上上砂型，为防止在浇注过程中抬箱和跑火，上砂型顶部放置压铁，用压铁代替箱卡或螺栓紧固，减少了操作者的工作量和劳动强度。

S8、熔炼浇注，采用感应炉熔炼金属液，经孕育处理后浇注。

S9、落砂清理，浇注后的气缸盖冷却后进行落砂、切割冒口、人工时效、喷丸、打磨等清理工作。

浇注系统中的横浇道包括竖向横浇道和横向横浇道。确定横向横浇道5和内浇道6位于排气端面一侧，可避免浇注时浇注系统与气缸盖之间热量集中，防止气缸盖局部过热，减少疏松缺陷的产生，同时保证了浇注过程中金属液在在气缸盖型腔内从排气端向进气端、从下向上的方式流动，实现金属液的平稳充型，减少气孔缺陷的产生。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

步骤S3中，确定两个气缸盖中心连线，即气缸盖中心线9整体位于砂型长度方向中心线8的一侧，在砂型内宽度方向上有铸件、横浇道和内浇道，将气缸盖中心连线向一侧偏移，以能在另一侧为浇注系统设计预留位置，避免单侧过于靠近边缘。

两个气缸盖中心线9在砂型长度方向中心线8的一侧，偏置30mm，摆放位置见图1。

实施例3：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：在步骤S4中，确定单个气缸盖的内浇道数量设置为两个，使单个气缸盖的内浇道的位置位于排气端面的横向上的两处。单个气缸盖配两个内浇道6，可使单个内浇道6流过的金属液较少，能减轻内浇道6边缘受金属液冲刷，避免内浇道6附近型芯被冲毁而使气缸盖出现夹砂缺陷甚至导致渗漏；另外，两个内浇道浇注时，单个内浇道6附近的热量相对较少，避免局部过热，减少疏松缺陷的产生倾向。为了增加排气端面冷却速度，保证浇注后气缸盖整体均衡凝固，确定单个气缸盖排气端面上放置四块尺寸大致为65×65mm，厚度23mm的冷铁7，四块冷铁7分布于排气端面的四角位置，冷铁7的设置可增加排气端面厚大部位的冷却速度，保证浇注后气缸盖整体均衡凝固，减少气缸盖由于冷却不均匀出现疏松缺陷。

确定浇注系统中陶瓷过滤片3的放置位置在下砂型的竖向横浇道2与上砂型的横向横浇道5相交处的下砂型位置，即横向横浇道连接位置4与竖向横浇道连接位置13相接处的竖向横浇道连接位置13的顶部，陶瓷过滤片3的放置方式为水平放置。在下砂型的竖向横浇道2与上砂型的横向横浇道5相交处的下砂型位置水平放置陶瓷过滤片3，可以减少陶瓷过滤片3与过滤座之间的间隙，有效过滤金属液中的杂物，较少气缸盖出现夹杂缺陷。

实施例4：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：

步骤S4中，为保证金属液经过陶瓷过滤片3不影响后续浇注系统内的流量，确定横浇道放置过滤片处的截面尺寸大于横浇道其他位置处的截面尺寸，即陶瓷过滤片3放置位置处的横向横浇道连接位置4和竖向横浇道连接位置13两处截面大于其他位置处的横浇道截面。横向横浇道连接位置4和竖向横浇道连接位置13的截面积约为其他位置横浇道截面积的2倍，以保证金属液经过陶瓷过滤片不影响后续浇注系统内的流量。

该种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法能够有效过滤金属液中的杂物，减少气缸盖夹杂和气孔缺陷，提高气缸盖内部质量，降低渗漏率，采用本发明生产的气缸盖过程操作简单、产品质量稳定、合格率高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，其特征在于：该方法采用一型两件进行生产，砂型中的两件气缸盖型腔分布方式为左右并排设置；使金属液从砂型上位于排气端面一侧的两件气缸盖型腔之间的位置分别朝左和右流动并进入到相应侧的气缸盖型腔中，使金属液在气缸盖型腔内以从排气端向进气端、从下向上的方式流动，分别填充满相应的气缸盖型腔；

该方法包括以下步骤：

S1、确定气缸盖在砂型内的设置方式为火力板面向下、气缸盖罩面向上；

S2、确定气缸盖分型方式为气缸盖底面水平分型，且分为上下两型；

S3、确定气缸盖一型两件，并确定两件气缸盖在砂型中分布方式为左右并排设置；

S4、确定浇注系统的尺寸和摆放位置，使浇注系统中直浇道位于上砂型，直浇道窝位于下砂型，下砂型有一位于两气缸盖之间且靠近排气端一侧的竖向横浇道与直浇道窝相连，上砂型有一位于排气端面并与竖向横浇道连接的横跨两气缸盖的横向横浇道，在竖向横浇道同横向横浇道相连的位置放置过滤片，使单个气缸盖的内浇道位置在排气端面处；确定单个气缸盖的内浇道数量设置为两个，使单个气缸盖的内浇道位置在排气端面的横向上的两处；确定浇注系统中过滤片的放置位置在下砂型的竖向横浇道与上砂型的横向横浇道相交处的下砂型位置，过滤片的放置方式为水平放置，确定横浇道放置过滤片处的截面的截面积为横浇道其他位置处截面积的两倍；

S5、模具制作；

S6、砂芯和上下砂型生产；

S7、下砂型内装入砂芯后，合上上砂型，上砂型顶部放置压铁；

S8、熔炼浇注；

S9、落砂清理。

2.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，其特征在于：步骤S3中，确定两个气缸盖中心连线位于砂型长度方向中心线的一侧。

3.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，其特征在于：步骤S4中，确定气缸盖的内浇道设置于上砂型。

4.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，其特征在于：步骤S6中，确定上砂箱和下砂箱采用整体铸造砂箱，砂箱与模具之间使用型砂进行填充。

5.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机气缸盖的铸造方法，其特征在于：步骤S7中，确定下砂型内装入砂芯后，合上上砂型，上砂型顶部放置压铁。

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