CN116696584B - 一种发动机缸盖及其铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机缸盖及其铸造方法，包括发动机缸盖本体以及横向设置在发动机缸盖本体内的缸孔顶管，发动机缸盖本体内且位于缸孔顶管的边侧位置设置有应力支撑铸体，应力支撑铸体内设置有预应力支撑机构，预应力支撑机构用于对缸孔顶管各层面提供应力保护；缸孔顶管的顶部且位于压接槽内侧位置设置有密接环槽，密接环槽内设置有热承顶压密封机构。由于对向侧位的应力带向缸孔顶管施加相反方向的预牵引力，因此在缸孔顶管上产生了在缸孔顶管受热后能够有效克服缸孔顶管层面微观变化的预应力，使得缸孔顶管各层面上不易出现层状微观扭曲，压顶体会保持侧向弯曲的状态，保障缸孔顶管与缸孔密封圈较好的密封状态。

Description

一种发动机缸盖及其铸造方法

技术领域

本发明属于发动机缸盖铸造技术领域，具体涉及一种发动机缸盖及其铸造方法。

背景技术

发动机缸盖即为汽车发动机引擎盖子，其不仅作为封闭气缸机件，也是气门机构的安装基体；为了降低生产成本，部分汽车中的发动机缸盖，还会将凸轮轴支撑座及挺杆导向孔座与发动机缸盖铸成一体，不仅缩小安装和批量件生产的加工成本，而且基于汽车长期运行的稳定性上，更加可靠。

对于汽车而言，发动机缸盖中的缸孔顶管与气缸的缸孔配合密封性，是保障引擎动力的关键之一；就目前的高档轿车而言，其发动机缸体和缸盖均选用铝合金材质，其优点是：重量轻，能够有效降低发动机自重，并且配合水冷的方式其自身的散热性能好，尤其在一些高功率的双列发动机上使用，效果尤为明显；然而，也存在一定的缺点：当发动机在工作时，受热易变形，造成缸内壁和活塞匹配度在长时间运行下间隙变大，动力泄漏较大，同时，缸孔顶管和气缸配合会呈现层状微观扭曲，这就使得缸孔顶管与气缸缸孔之间的缸孔密封圈预紧力缺失，影响缸孔顶管和气缸缸孔配合密封性，而即便随着现代的技术改良，铝合金的耐高温性显著提高，在长期不良驾驶习惯下，缸孔顶管和气缸配合仍然会呈现层状微观扭曲，且这种微观扭曲会持续的恶化。虽然恶化程度相对原有的发动机较为缓慢，但是一旦达到一定的程度，就是给发动机造成不可逆的伤害。

另外，铝合金材质的发动机缸体和缸盖安装仍然采用多根螺栓固定，在发动机螺栓连接中，缸盖和缸体之间螺栓连接可以说是发动机主要的螺栓连接之一，其安装工艺复杂的情况在于气缸盖上螺栓预紧力必须满足一定的要求，要求是预紧力均匀和适当,这样的话满足发动机的密封性要求，防止漏油、漏水。如果预紧力过小，缸孔顶管、缸孔密封圈预紧力和缸孔预紧力降低，会造成气缸发生泄漏，预紧力数值较大，容易造成缸盖、缸孔密封圈发生变形，常见的就是缸孔顶管与缸孔密封平面的翘首变形，在缸体内形成较大压力下，较容易直接破坏密封，但在实际生产过程中，即便采用较先进的螺栓拧紧工艺，以保障结合面上的应力比较均匀，但由于人工操作以及螺纹加工的误差存在，这种误差在先进拧紧工艺把控下，多以缸孔顶管、缸孔密封圈和缸孔的预紧力轻微不足的现象存在，因此缸体拧紧工艺过程中需要反复调试和试验，因此安装工艺成本较高。

为此，有必要在现有的双列式发动机缸盖本身及其铸造工艺上改进，以实现在受热情况下提高缸孔顶管抗微观变形能力，并且能够在缸盖与缸体通过较先进的螺栓拧紧工艺固定时，在保障缸孔顶管、缸孔密封圈和缸孔配合密封性能的同时，降低缸体拧紧工艺过程中调试和试验的次数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机缸盖及其铸造方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种发动机缸盖，包括发动机缸盖本体以及横向设置在发动机缸盖本体内的缸孔顶管，所述发动机缸盖本体内且位于缸孔顶管的边侧位置设置有应力支撑铸体，所述应力支撑铸体内设置有预应力支撑机构，所述预应力支撑机构用于对缸孔顶管各层面提供应力保护；

而所述缸孔顶管的顶部外缘设有用于承接缸孔密封圈的密封凸环的压接槽，所述缸孔顶管的顶部且位于压接槽内侧位置设置有密接环槽，所述密接环槽内设置有热承顶压密封机构，所述热承顶压密封机构用于膨胀顶压密封在缸孔密封圈底部。

优选的，每个所述缸孔顶管外壁设置的所述应力支撑铸体数量至少为四个。

优选的，所述预应力支撑机构包括在应力支撑铸体的一侧竖向均匀设有的应力带孔，所述应力带孔内穿插有应力带，而所述缸孔顶管的外壁且对应各个应力支撑铸体内的位置竖向均匀设有应力带槽，所述应力带的一端固定设置在应力带槽中，所述应力支撑铸体内均匀设置有加固体，所述加固体用于对缸孔顶管外壁支撑并且保护应力带向缸孔顶管外壁施加的牵引应力。

优选的，每个所述应力支撑铸体上竖向设有的应力带数量不低于三个，且所述应力带所承受拉力不低于900N。

优选的，所述热承顶压密封机构包括设置在密接环槽内底的顶压槽，所述顶压槽内设置有热顶柱，所述密接环槽内设置有压顶体，所述压顶体内设置有封体。

一种发动机缸盖的铸造方法，包括以下步骤：

步骤一：在上盖模上安装带针槽模和热顶槽模；

步骤二：将上盖模和下底模合模，从下底模浇入口注入铝合金金属液；

步骤三：经冷却，将上盖模和下底模进行拆模，并拆掉带针槽模和热顶槽模；

步骤四：在顶压槽内打入热顶柱，在密接环槽内打入压顶体；

步骤五：将准备的应力带贯穿应力支撑铸体上形成的应力带孔，并将应力带一端熔接在缸孔顶管外壁形成的应力带槽内；

步骤六：在步骤五中的熔接区域完全冷却后，对应力带施加不低于400N外拉力，向应力支撑铸体和缸孔顶管之间浇入铝金属液；

步骤七：待应力支撑铸体和缸孔顶管之间铝金属液冷却成型后，将发动机缸盖通过缸盖架支撑摆放在静置房中，在压顶体内灌入纳米级球型石墨粉末，压实并刮除高于压顶体上面的纳米级球型石墨粉末后待安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中涉及的发动机缸盖，应力支撑铸体对缸孔顶管起到的侧向强度支撑的效果，增强缸孔顶管自身对抗层向微观变形的能力；由于对向侧位的应力带向缸孔顶管施加相反方向的预牵引力，因此在缸孔顶管上产生了在缸孔顶管受热后能够有效克服缸孔顶管层面微观变化的预应力，使得缸孔顶管各层面上不易出现层状微观扭曲；

另外，在通过较先进的螺栓拧紧工艺后的加热箱加热过程中，环向热顶柱受热涨出顶压槽，致使其顶压压顶体，压顶体产生侧向受顶压弯曲的形态变形，不仅压顶体上面压紧缸孔密封圈下面，而且使得封体紧压在缸孔密封圈上面，静置冷却后，压顶体会保持侧向弯曲的状态，保障缸孔顶管与缸孔密封圈较好的密封状态；若后续发动机使用时，当缸体和缸盖均存有高温，这种情况下，环向热顶柱受热仍然涨出，起到对压顶体撑顶作用，因此高温下，对缸孔顶管与缸孔密封圈的配合起到预紧稳固，密封性能更优，在该种辅助密封的作用下，降低人工对缸体拧紧工艺过程中调试和试验的次数。

而本发明涉及的发动机缸盖铸造方法，工艺简单，操作方便，适合批量生产发动机缸盖。

附图说明

图1为本发明的发动机缸盖本体俯视示意图；

图2为图1的a处放大结构示意图；

图3为本发明的缸孔顶管侧向局部剖切示意图；

图4为图3的缸孔顶管次铸造部放大结构示意图；

图5为本发明中上盖模中应力支撑铸体部分浇铸模构型示意图；

图6为本发明中上盖模和下底模合模状态示意图。

图中：1发动机缸盖本体、2缸孔顶管、3压接槽、4应力支撑铸体、5应力带、6加固体、7密接环槽、8顶压槽、9热顶柱、10压顶体、11封体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参阅图1、图2、图3和图4，一种发动机缸盖，包括发动机缸盖本体1以及横向一体浇铸设置在发动机缸盖本体1内的缸孔顶管2，发动机缸盖本体1内且位于缸孔顶管2的边侧位置设置有应力支撑铸体4，应力支撑铸体4内设置有预应力支撑机构，预应力支撑机构用于对缸孔顶管2各层面提供应力保护；

在各个位置的应力预先牵引下，使得缸孔顶管2抗微观变形能力得到加强。

而缸孔顶管2的顶部外缘设有用于承接缸孔密封圈的密封凸环的压接槽3，缸孔密封圈的密封凸环压紧在缸孔顶管2中后，缸孔密封圈能够与缸孔顶管2实现最基本密封效果，缸孔顶管2的顶部且位于压接槽3内侧位置设置有密接环槽7，密接环槽7内设置有热承顶压密封机构，热承顶压密封机构用于膨胀顶压密封在缸孔密封圈底部。

在热承压顶压密封机构作用下，能够实现压顶体10以及封体11有效压紧在缸孔密封圈。

参阅图1、图2和图3，每个缸孔顶管2外壁一体浇铸设置的应力支撑铸体4数量为四个，相邻的应力支撑铸体4的夹角为90度，而应力支撑铸体4的底部一体设置在发动机缸盖本体1内底。

这样的设置下，使得四侧的应力支撑铸体4对缸孔顶管2起到的侧向强度支撑的效果，增强缸孔顶管2自身对抗层向微观变形的能力。

参阅图1、图2和图3，预应力支撑机构包括在应力支撑铸体4的一侧竖向均匀设有的应力带孔，应力带孔内滑动插入应力带5，而缸孔顶管2的外壁且对应各个应力支撑铸体4内的位置竖向均匀设有应力带槽，应力带5的一端熔接在应力带槽中，应力带5为钢丝编织软绳，应力支撑铸体4内均匀浇铸有加固体6，加固体6为铝，由于钢丝编织软绳表面呈凹凸构造，当加固体6冷却后，对其的嵌固性能好，加固体6用于对缸孔顶管2外壁支撑并且保护应力带5向缸孔顶管2外壁施加的牵引应力。

当加固体6冷却后，会嵌固在应力支撑铸体4内，不仅对应力支撑铸体4和与之贴合的缸孔顶管2形成支撑，并且由于其冷却后，会嵌固在应力带5上，从而稳定了应力带5对缸孔顶管2施加的预应力。

当加固体6冷却后，可将多出应力带孔的应力带5裁断，并熔接在应力带孔处。

参阅图3，每个应力支撑铸体4上竖向设有的应力带5数量为三个，且应力带5所承受最大拉力900N；

而在实际生产时，可根据缸孔顶管2的长度以及应力支撑铸体4高度，来设定每个应力支撑铸体4上应力带5的数量，竖向相邻的应力带5距离标定在1厘米。

由于对向侧位的应力带5向缸孔顶管2施加相反方向的预牵引力，因此在缸孔顶管2上产生了在缸孔顶管2受热后能够有效克服缸孔顶管2层面微观变化的预应力，使得缸孔顶管2各层面上不易出现层状微观扭曲。

参阅图1、图2、图3和图4，热承顶压密封机构包括环向均匀设置在密接环槽7内底的顶压槽8，顶压槽8内紧插入有热顶柱9，热顶柱9采用镉金属制成的圆柱结构，密接环槽7内紧插入压顶体10，压顶体10由铝合金加工而成，压顶体10内装入封体11，封体11为纳米级球型石墨粉末。

通过较先进的螺栓拧紧工艺，缸盖与缸体通过螺栓固定，缸盖、缸体和缸孔密封圈贴合面产生预紧力，接着缸盖、缸体和缸孔密封圈组合体放置在加热箱中加热，加热温度恒定在120摄氏度，加热时间为1小时，环向热顶柱9受热涨出顶压槽8，致使其顶压压顶体10，压顶体10产生侧向受顶压弯曲的形态变形，不仅压顶体10上面压紧缸孔密封圈下面，而且最主要的是：受到该顶压力作用下，封体11下部的压顶体10弯曲较明显，压顶体10内空间受到挤压，因此封体11受到侧向挤压，使得封体11紧压在缸孔密封圈上面，而当将缸盖、缸体和缸孔密封圈组合体取出加热箱，并静置冷却后，热顶柱9冷缩恢复，而压顶体10会保持侧向弯曲的状态，保障缸孔顶管2与缸孔密封圈较好的密封状态，因此在该种辅助密封的作用下，降低人工对缸体拧紧工艺过程中调试和试验的次数；

若后续发动机使用时，当缸体和缸盖均存有高温，这种情况下，环向热顶柱9受热仍然涨出，起到对压顶体10撑顶作用，因此高温下，对缸孔顶管2与缸孔密封圈的配合起到预紧稳固，密封性能更优。

一种发动机缸盖的铸造方法，包括以下步骤：

步骤一：在上盖模上安装带针槽模和热顶槽模；其中，带针槽模用于在应力支撑槽体上形成穿插应力带5的应力带孔，以及在缸孔顶管2上形成应力带槽；而热顶槽模用于在缸孔顶管2的顶部形成密接环槽7和顶压槽8，其中，密接环槽7成型后，以压顶体10能够紧插入其内部为合格，顶压槽8成型后，以热压柱9能够紧插入其内部为合格。

步骤二：将上盖模和下底模合模，从下底模浇入口注入铝合金金属液；

步骤三：经冷却，将上盖模和下底模进行拆模，并拆掉带针槽模和热顶槽模；

拆模后，在发动机缸盖本体1上形成应力支撑铸体4、密接环槽7和顶压槽8。

步骤四：在顶压槽8内打入热顶柱9，在密接环槽7内打入压顶体10；其中，热顶柱9上端需与密接环槽7内壁斜侧面持平，并且热顶柱9下端需与顶压槽8底部有效接触，而压顶体10需与密接环槽7内壁有效贴紧，并且压顶体10上面需与缸孔顶管2上端持平。

步骤五：将准备的应力带5贯穿应力支撑铸体4上形成的应力带孔，并将应力带5一端采用熔枪熔接在缸孔顶管2外壁形成的应力带槽内。

步骤六：在步骤五中的熔接区域完全冷却后，对应力带5施加400N外拉力，向应力支撑铸体4和缸孔顶管2之间浇入铝金属液；在浇铸加固体6前，将每侧的应力支撑铸体4上的应力带5采用固绳器与钢绳拉力计连接，并且钢绳拉力计的一端挂载在环向台座式液压牵引设备牵引头连接，当钢绳拉力达到400N时，停止牵引，当浇铸完成并且加固体6冷却完成后，在应力带5贴近应力支撑铸体4的位置套入铁圈，并通过熔枪对铁圈熔化，并用冲头将熔化铁圈快速压平在应力支撑铸体4上，操作环向台座式液压牵引设备牵引头回移，用钢绳剪将应力带5冒出应力支撑铸体4多于5毫米的部分剪断，从而有效保留应力带5对应力支撑铸体4的牵引力。

步骤七：待应力支撑铸体4和缸孔顶管2之间铝金属液冷却成型后，形成加固环6，将发动机缸盖通过缸盖架支撑摆放在静置房中，在压顶体10内灌入纳米级球型石墨粉末，压实并刮除高于压顶体10上面的纳米级球型石墨粉末后待安装。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种发动机缸盖，其特征在于：包括发动机缸盖本体（1）以及横向设置在发动机缸盖本体（1）内的缸孔顶管（2），所述发动机缸盖本体（1）内且位于缸孔顶管（2）的边侧位置设置有应力支撑铸体（4），所述应力支撑铸体（4）内设置有预应力支撑机构，所述预应力支撑机构用于对缸孔顶管（2）各层面提供应力保护；

而所述缸孔顶管（2）的顶部外缘设有用于承接缸孔密封圈的密封凸环的压接槽（3），所述缸孔顶管（2）的顶部且位于压接槽（3）内侧位置设置有密接环槽（7），所述密接环槽（7）内设置有热承顶压密封机构，所述热承顶压密封机构用于膨胀顶压密封在缸孔密封圈底部；

预应力支撑机构包括在应力支撑铸体（4）的一侧竖向均匀设有的应力带孔，所述应力带孔内穿插有应力带（5），而所述缸孔顶管（2）的外壁且对应各个应力支撑铸体（4）内的位置竖向均匀设有应力带槽，所述应力带（5）的一端固定设置在应力带槽中，所述应力支撑铸体（4）内均匀设置有加固体（6），所述加固体（6）用于对缸孔顶管（2）外壁支撑并且保护应力带（5）向缸孔顶管（2）外壁施加的牵引应力。

2.根据权利要求1所述的一种发动机缸盖，其特征在于：每个所述缸孔顶管（2）外壁设置的所述应力支撑铸体（4）数量至少为四个。

3.根据权利要求1所述的一种发动机缸盖，其特征在于：每个所述应力支撑铸体（4）上竖向设有的应力带（5）数量不低于三个，且所述应力带（5）所承受拉力不低于900N。

4.根据权利要求1所述的一种发动机缸盖，其特征在于：所述热承顶压密封机构包括设置在密接环槽（7）内底的顶压槽（8），所述顶压槽（8）内设置有热顶柱（9），所述密接环槽（7）内设置有压顶体（10），所述压顶体（10）内设置有封体（11）。

5.一种权利要求1—4任一项所述的发动机缸盖的铸造方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤一：在上盖模上安装带针槽模和热顶槽模；

步骤二：将上盖模和下底模合模，从下底模浇入口注入铝合金金属液；

步骤三：经冷却，将上盖模和下底模进行拆模，并拆掉带针槽模和热顶槽模；

步骤四：在顶压槽（8）内打入热顶柱（9），在密接环槽（7）内打入压顶体（10）；

步骤五：将准备的应力带（5）贯穿应力支撑铸体（4）上形成的应力带孔，并将应力带（5）一端熔接在缸孔顶管（2）外壁形成的应力带槽内；

步骤六：在步骤五中的熔接区域完全冷却后，对应力带（5）施加不低于400N外拉力，向应力支撑铸体（4）和缸孔顶管（2）之间浇入铝金属液；

步骤七：待应力支撑铸体（4）和缸孔顶管（2）之间铝金属液冷却成型后，将发动机缸盖通过缸盖架支撑摆放在静置房中，在压顶体（10）内灌入纳米级球型石墨粉末，压实并刮除高于压顶体（10）上面的纳米级球型石墨粉末后待安装。