CN214720356U

CN214720356U - 一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统

Info

Publication number: CN214720356U
Application number: CN202120912111.5U
Authority: CN
Inventors: 陈金裕; 郭全领; 吕绪聪; 黎小春; 胡世安; 黄信波; 王于明
Original assignee: Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Current assignee: Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2031-04-29

Abstract

本实用新型公开了一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，所述浇注系统为封闭‑开放式结构，其包括浇杯、直浇道、分直浇道、横浇道、分横浇道、内浇道，所述横浇道的左端与直浇道的下端连通，右端与所述分直浇道的上端连通；所述分直浇道的下端与所述分横浇道的右端连通；所述分横浇道上设有若干个内浇道；浇注系统各单元断面比例关系为：F_直＞F_横1＞F_阻＜F_分横≤F_总内，F_直：F_横1：F_阻：F_分横：F_总内＝1.3～1.5：1.2～1.4：1.0：1.3～2：1.5～3。本实用新型具有结构合理、补缩效果好、铸造废品率低等优点。

Description

一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统

技术领域

本实用新型涉及气缸盖铸造技术领域，特别是涉及一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统。

背景技术

气缸盖是发动机中结构最复杂，技术含量高的重要零部件，以往中重型发动机气缸盖主流材质：普通灰铸铁、铬钼铜合金灰铸铁、低牌号蠕墨铸铁，但随着发动机技术水平的不断提升，铸件壁厚往轻量化、结构往紧凑化发展，压缩比和功率日益增高，对气缸盖材质性能提出了更高要求，灰铸铁/低牌号蠕铁气缸盖的性能已无法满足上述需求。而高牌号蠕墨铸铁材质相比灰铸铁/低牌号蠕铁具有更高的物理力学性能，目前国内国外大排量的发动机气缸盖基本都将材质升级为高牌号蠕墨铸铁。

蠕墨铸铁自身具有铸造工艺性能好的特点，产生缩孔、缩松倾向较小，但随着材质牌号提高，材质牌号超过RuT400时，为保证高强度，锡、铜等合金元素加入量高，铁水收缩倾向非常大，再加上现代汽车工业具有典型的大批量生产特点，对气缸盖铸造工艺性提出了更高的要求，工艺设计要求苛刻。

目前国内行业中，某铸造公司13升气缸盖按RuT420牌号验收，并批量应用，但缩孔缩松废品率在10％左右。某铸造公司9升气缸盖按RuT450牌号验收，但缩孔缩松废品率在30％左右，因缩孔缩松废品率高而停止生产。其他铸造公司，因高牌号蠕墨铸铁气缸盖的缩孔缩松废品率高达50％～70％，都止于开发阶段。国内行业中气缸盖最高牌号RuT420，未有高牌号蠕墨铸铁气缸盖RuT450材质批量运用。

目前高牌号蠕墨铸铁气缸盖铸造工艺通常采用立浇工艺，根据生产线选择一箱一件或一箱多件布局，生产中由于气缸盖螺栓孔、导管孔以及喷油器孔等热节部位较多，温度场复杂，再加上铸件轻量化带来的壁厚薄壁化，加剧缩孔缩松倾向，另外高牌号蠕墨铸铁本身凝固的特性导致热节部位得不到有效补缩，形成孤立液相区，产生缩孔缩松缺陷。

现有的技术方案中浇注系统沿用之前灰铸铁/低牌号蠕铁气缸盖的浇注系统，内浇口位置选择远离热节部位，在热节部位采用大量冷铁激冷作用达到减小热节部位缩孔缩松倾向；浇注系统只作为浇注时铁水充型的通道，内浇口尺寸、补缩内浇道尺寸、分横浇道尺寸、最小阻流断面、浇注系统各单元断面比例等设计只要求充型平稳、集渣效果好，不具备有效的补缩功能；因浇注系统设计标准没有随着材质的升级而提高，导致缩孔缩松废品率高。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

实用新型内容

本实用新型目的在于提出一种封闭-开放式浇注系统，以解决上述现有技术存在的高牌号蠕墨铸铁气缸盖铸造缩孔，造成废品率高的技术问题。

为此，本实用新型提出一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统。

优选地，本实用新型还可以具有如下技术特征：

一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，所述浇注系统为封闭-开放式结构，其包括浇杯、直浇道、分直浇道、横浇道、分横浇道、内浇道，所述横浇道的左端与直浇道的下端连通，右端与所述分直浇道的上端连通；所述分直浇道的下端与所述分横浇道的右端连通；所述分横浇道上设有若干个内浇道；直浇道的截面积F_直，横浇道的截面积F_横1，最小阻流面积F_阻，分横浇道截面积F_分横，内浇口总面积F_总内，浇注系统各单元断面比例关系为：F_直＞F_横1＞F_阻＜F_分横≤F_总内，F_直：F_横1：F_阻：F_分横：F_总内＝1.3～1.5：1.2～1.4：1.0：1.3～2：1.5～3。

进一步地，所述横浇道从左到右分别为主体段、缓流段、集渣包，所述集渣包的高度h₂≥缓流段的高度h₁，缓流段的截面积F_横2大于直浇道的截面积F_直。

进一步地，所述缓流段的截面积F_横2＝2F_直～3F_直；所述分直浇道为Y形结构，其上部的分叉分别与横浇道的缓流段、集渣包连通；最小阻流面设在分直浇道的下部。

进一步地，所述内浇道水平设置在分横浇道的两侧，且在分横浇道的两侧还分别设有若干定位孔或定位凸起；浇注系统的内浇口中心到气缸盖螺栓孔中心在竖直方向的距离O_L＝D/4～D/2，其中，D表示气缸盖螺栓孔凸台直径，内浇口中心位于螺栓孔中心的上方。

进一步地，确定内浇口尺寸取值A＝D/3～2D/3，拔模取值3°～10°；

内浇道凸台直径取值B＝3D/2～2D；

内浇道凸台面到内浇口距离c＝D/3～2D/3。

进一步地，所述分横浇道的宽a和高b取值范围：a≤b，内浇口中心到分横浇道顶部的距离为b1，内浇口中心到分横浇道底部的距离为b2，b1≥b2；所述分横浇道到内浇口面距离d取值为2c≤d≤2D。

进一步地，浇注系统前端和后端的内浇口中心到螺栓孔中心的竖直方向上的距离取值偏上限；浇注系统前端和后端的内浇口尺寸取值A偏下限；浇注系统前端和后端的内浇道凸台面到内浇口距离c取值偏上限。

进一步地，最小阻流面积F_阻大于理论最小阻流面积A_C。

进一步地，最小阻流面积取值F_阻＝2A_C～3A_C。

进一步地，内浇口和内浇道的截面为圆形。

本实用新型与现有技术对比的有益效果包括：将最小阻流面积F_阻设计大于理论最小阻流面积A_C，不仅能起到阻流作用，还能为内浇道提供补缩压力；采用本浇注系统铸造高牌号蠕墨铸铁气缸盖发生缩孔缩松废品率控制在2％以下。

附图说明

图1是本实用新型的浇注效果图。

图2是本实用新型的内浇口对应铸件上的位置示意图。

图3是本实用新型的浇注系统补缩尺寸示意图。

图4是本实用新型的浇注系统主视图。

图5是本实用新型的浇注系统的立体图。

图6是气缸盖铸件本身热节特性分析示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

如图1～5所示的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，所述浇注系统3为封闭-开放式结构，其包括浇杯31、直浇道32、分直浇道34、横浇道37、分横浇道36、内浇道，所述横浇道37的左端与直浇道32的下端连通，右端与所述分直浇道34的上端连通；所述分直浇道34的下端与所述分横浇道36的右端连通；所述分横浇道36上设有若干个内浇道。直浇道的截面积F_直，横浇道的截面积F_横1，最小阻流面积F_阻，分横浇道截面积F_分横，内浇口总面积F_总内，浇注系统各单元断面比例关系为：F_直＞F_横1＞F_阻＜F_分横≤F_总内，F_直：F_横1：F_阻：F_分横：F_总内＝1.3～1.5：1.2～1.4：1.0：1.3～2：1.5～3。其他比例中包括：F_直：F_横1：F_阻：F_分横：F_总内＝1.3～1.5：1.2～1.4：1.0：1.3～2：1.9～3。

所述横浇道37从左到右分别为主体段、缓流段、集渣包33，在具体实施时，集渣包33的高度h₂≥缓流段的高度h₁(h₁≥100mm)，缓流段的截面积F_横2＝2F_直～3F_直。所述分直浇道34和横浇道37的连接处设有滤网39，优选为泡沫陶瓷过滤网。所述分直浇道34为Y形结构，其上部的分叉分别与横浇道37的缓流段、集渣包33连通。最小阻流面设在分直浇道34的下部。

横浇道37是浇注系统中挡渣的主要单元，为此需要在横浇道37内降低铁液流速，对铸铁冶金质量进行的试验，试验表明铁水流速30cm/秒以下为合适，集渣包33前的F_横2横浇道即是缓流段，也是给阻流和内浇道提供补缩压力，

流量速度V_流＝W/t(kg/s)，W＝铸件总重量(kg)；t＝浇注时间(s)。

关于内浇口35更具体的说明。参照图2，所述内浇道水平设置在分横浇道36的两侧，且在分横浇道36的两侧还分别设有若干定位孔或定位凸起38，提高浇注系统装配在型砂上的效率。内浇口中心4到气缸盖螺栓孔中心5在竖直方向的距离O_L＝D/4～D/2，其中，D表示气缸盖螺栓孔凸台直径，内浇口中心位于螺栓孔中心的上方。本实施方式中的高牌号蠕墨铸铁(RuT450)铸造工艺中，每个铸件共7处内浇口位置，由于铸件前端和后端的螺栓孔热节比中间几处螺栓孔热节大，热节越大，相应的内浇口位置远离热节中心，避免内浇口与铸件交界处形成接触热节，因而铸件前端和后端的内浇口中心到螺栓孔中心的竖直方向上的距离取值偏上限。

浇注系统内浇口尺寸和补缩内浇道尺寸确定。选择圆形内浇口和补缩内浇道，根据内热节大小、结构尺寸等要素确定内浇口的尺寸，使得内浇口凝固时间同时或稍晚于铸件螺栓孔热节，通过铸件热节部位需要补缩的模数计算确定以下尺寸，参照图3，确定尺寸参数，包括：

确定内浇口尺寸取值A＝D/3～2D/3，拔模取值3°～10°，铸件前端和后端的螺栓孔热节比中间几处螺栓孔热节大，热节越大，相应的内浇口尺寸偏小，避免内浇口与铸件交界处形成接触热节，铸件前端和后端的内浇口尺寸取值A偏下限。(D为气缸盖螺栓孔凸台直径)；

确定补缩内浇道凸台直径取值B＝3D/2～2D。(D为气缸盖螺栓孔凸台直径)；

确定补缩内浇道凸台面到内浇口距离c＝D/3～2D/3，铸件前端和后端的螺栓孔热节比中间几处螺栓孔热节大，热节越大，相应的内浇口距离偏大，避免内浇口与铸件交界处形成接触热节，铸件前端和后端的内浇道凸台面到内浇口距离c取值偏上限。(D为气缸盖螺栓孔凸台直径)。

所述分横浇道的宽a和高b取值范围：a≤b，内浇口中心到分横浇道顶部的距离为b1，内浇口中心到分横浇道底部的距离为b2，b1+b2＝b，b1≥b2；所述分横浇道到内浇口面距离d取值为2c≤d≤2D。

确定浇注系统最小阻流面。横浇道是引导金属液从直浇道到内浇道的通道，在横浇道上设置集渣包冒口，在集渣包之后，内浇道之前设计阻流。在本补缩型浇注系统设计的阻流不同于普通浇注系统，功能即要阻流，也要为内浇道提供补缩压头，阻流断面设计在分横浇道前端(见图4)，在铸件凝固前，集渣包提供补缩动力给内浇道补缩，凝固时间晚于内浇道，理论的计算阻流公式如下：

铸件全部在下箱时，阻流截面尺寸：

(1)根据产品结构、分型面位置、内浇口位置、铸件壁厚等选择适宜的充型摩擦系数f_r；

(2)确定浇注铁水的总体积V；

(3)V_D包括铸件体积、冒口体积、阻流后的浇注系统体积；

(4)V_D＝重量/密度,对于铁液,密度＝0.0072kg/cm³；

(5)确定直浇道静压头的高度H，H＝H₀-P/C(P：分型面内浇口以上的铸件高度；H₀：分型面内浇口以上砂型高度，C：铸件高度)；

(6)确定铸件上箱的高度b；

(7)阻流截面处铁水流速：

g＝重力加速度＝981cm/s²；

(8)t是浇注时间。

按正常取阻流为A_C时，断面面值过小，最小断面的凝固时间早于补缩内浇道，不能给内浇道提供足够的补缩动力，热节部位产生缩孔缩松缺陷；如果阻流取值过大，内浇口的流速加大，砂型、砂芯容易冲蚀，铁水充型不平稳、容易氧化，铸件产生气孔倾向、氧化夹杂，薄壁铸件密封性不高，质量差，两者相矛盾。结合F_阻：F_总内＝1.0：1.5～3比例，确定最小阻流面积取值F_阻＝2A_C～3A_C，实际的最小阻流面积F_阻大于理论最小阻流面积A_C，一方面实现实现阻流作用，另一方面也可以为内浇道提供补缩压力。

本浇注系统在高牌号蠕墨铸铁气缸盖的铸造工艺中的应用，采用一箱两件立浇工艺，包括如下步骤：

S1、确定浇注系统为中注式，浇注系统设计在左组合芯1和右组合芯2之间，全包砂芯；组合芯的内部形成气缸盖型腔，组合芯包括底盘芯和盖盘芯；

S2、确定内浇口的位置，内浇口的位置设在铸件螺栓孔热节部位附近。气缸盖铸件本身热节特性分析(见图6)，可见，气缸盖螺栓孔、导管孔以及喷油器孔等是热节部位，箭头所指螺栓孔是最大热节处。内浇口位置的选定最为关键，直接关系最终的补缩效果，距离热节中心太远，达不到补缩作用而产生缩孔缺陷；距离热节中心太近，反而会在内浇口与铸件交界处形成接触热节产生缩孔缩松缺陷。在每个螺栓孔热节部位附近设计一个内浇口，内浇道补缩通道，使得补缩金属液能够到达那些需要补缩的部位，各热节部位得到充分补缩而不产生缩孔缩松。在底盘芯的底面设计浇注系统，2个底盘芯的底面各形成一半浇注系统，合芯后2个底盘芯的底面形成完整的浇注系统3。

S3、确定排气系统形成方式；

S4、确定气缸盖底面和顶面的螺栓孔、导管孔以及喷油器孔的热节部位采用无冷铁工艺；

S5、将气缸盖所有砂芯进行组芯合芯，并用锁芯螺杆锁紧，然后进行下芯，合箱，等待浇注；

S6、铸件浇注。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本实用新型的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本实用新型的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本实用新型的教义，而不会脱离在此描述的本实用新型中心概念。所以，本实用新型不受限于在此披露的特定实施例，但本实用新型可能还包括属于本实用新型范围的所有实施例及其等同物。

Claims

1.一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：所述浇注系统为封闭-开放式结构，其包括浇杯、直浇道、分直浇道、横浇道、分横浇道、内浇道，所述横浇道的左端与直浇道的下端连通，右端与所述分直浇道的上端连通；所述分直浇道的下端与所述分横浇道的右端连通；所述分横浇道上设有若干个内浇道；直浇道的截面积F_直，横浇道的截面积F_横1，最小阻流面积F_阻，分横浇道截面积F_分横，内浇口总面积F_总内，浇注系统各单元断面比例关系为：F_直＞F_横1＞F_阻＜F_分横≤F_总内，F_直：F_横1：F_阻：F_分横：F_总内＝1.3～1.5：1.2～1.4：1.0：1.3～2：1.5～3。

2.如权利要求1所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：所述横浇道从左到右分别为主体段、缓流段、集渣包，所述集渣包的高度h₂≥缓流段的高度h₁，缓流段的截面积F_横2大于直浇道的截面积F_直。

3.如权利要求2所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：所述缓流段的截面积F_横2＝2F_直～3F_直；所述分直浇道为Y形结构，其上部的分叉分别与横浇道的缓流段、集渣包连通；最小阻流面设在分直浇道的下部。

4.如权利要求1所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：所述内浇道水平设置在分横浇道的两侧，且在分横浇道的两侧还分别设有若干定位孔或定位凸起；浇注系统的内浇口中心到气缸盖螺栓孔中心在竖直方向的距离O_L＝D/4～D/2，其中，D表示气缸盖螺栓孔凸台直径，内浇口中心位于螺栓孔中心的上方。

5.如权利要求4所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：确定内浇口尺寸取值A＝D/3～2D/3，拔模取值3°～10°；

内浇道凸台直径取值B＝3D/2～2D；

内浇道凸台面到内浇口距离c＝D/3～2D/3。

6.如权利要求5所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：所述分横浇道的宽a和高b取值范围：a≤b，内浇口中心到分横浇道顶部的距离为b1，内浇口中心到分横浇道底部的距离为b2，b1≥b2；所述分横浇道到内浇口面距离d取值为2c≤d≤2D。

7.如权利要求5所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：浇注系统前端和后端的内浇口中心到螺栓孔中心的竖直方向上的距离取值偏上限；浇注系统前端和后端的内浇口尺寸取值A偏下限；浇注系统前端和后端的内浇道凸台面到内浇口距离c取值偏上限。

8.如权利要求1所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：最小阻流面积F_阻大于理论最小阻流面积A_C。

9.如权利要求8所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：最小阻流面积取值F_阻＝2A_C～3A_C。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种高牌号蠕墨铸铁气缸盖防缩孔的浇注系统，其特征在于：内浇口和内浇道的截面为圆形。