集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組的製作方法

2023-10-31 20:03:47

本發明涉及鑄造領域，特別涉及一種集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組。

背景技術：

氣缸蓋作為傳統內燃發動機的一個關鍵零部件，和氣缸體、氣缸套一起組成發動機的核心構架。氣缸蓋安裝於氣缸體之上，氣缸套安裝於氣缸體的氣缸孔當中，氣缸蓋和活塞、氣缸套組成發動機的燃燒室，活塞在氣缸套內作往復運動。另外，氣缸蓋上面安裝配氣機構、噴油糸統以及罩蓋。

傳統的氣缸蓋一般是個幅板式箱狀結構，內腔由氣道、氣門安裝結構、氣缸蓋螺栓孔柱子、噴油器孔座、氣孔柱子及這些結構周圍的水套空腔組成，結構複雜，鑄造困難。發動機工作時水套空腔充滿冷卻液，對氣門及氣門座圈、氣缸蓋底板進行必要的冷卻，其鑄造方法通常是側鑄或平鑄。

公開於該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組，用於成功鑄造出零件複雜程度高的集成式複合氣缸蓋。

為實現上述目的，本發明提供了一種集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組，該集成式複合氣缸蓋包括進排氣道、噴油器安裝孔、缸蓋上水套、缸蓋下水套、氣缸孔、缸孔水套和凸輪挺杆孔，缸蓋下水套和缸孔水套由上水通道連通，鑄造砂芯組用來成型集成式複合氣缸蓋鑄件，鑄造砂芯組包括：臨時砂芯組，其由一體式底盤砂型、前砂型、後砂型、右砂型、凸輪挺杆砂型和左砂型組裝而成，一體式底盤砂型上集成有氣缸孔的缸孔成型部；缸孔水套砂型，其組裝在臨時砂芯組上，缸孔水套砂型豎直放置，缸孔水套砂型上集成有用來成型上水通道的通道成型部；組合砂型，其包括缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進氣道砂型和排氣道砂型，通道成型部與缸蓋下水套砂型的接觸部位填充耐火且可壓縮的纖維材料；蓋盤砂型，蓋盤砂型與前砂型、後砂型、右砂型和左砂型共同用於成型集成式複合氣缸蓋的頂面和四圍形狀；以及澆系砂型，澆系砂型包括：直澆道，其豎立設置，直澆道的上端具有澆口杯，直澆道位於集成式複合氣缸蓋鑄件的長度方向的一側，直澆道的下段部分形成於前砂型內部，直澆道的上段部分由澆注砂型提供；主橫澆道，其兩端設置有濾網，直澆道的底端與主橫澆道連通，主橫澆道與集成式複合氣缸蓋鑄件的寬度方向平行，主橫澆道形成於一體式底盤砂型的前端內部；兩個分橫澆道，該兩個分橫澆道並列設置且與集成式複合氣缸蓋鑄件的長度方向平行，該兩個分橫澆道處於集成式複合氣缸蓋鑄件的下方的兩側，兩個分橫澆道的一端分別與主橫澆道的兩端連通，兩個分橫澆道與主橫澆道組成U形狀，兩個分橫澆道的另一端分別設有集渣包，兩個分橫澆道分別形成於右砂型和左砂型的內部；以及若干個L形內澆道，其均勻的設置在兩個分橫澆道的內側，每個L形內澆道的出口端為漸縮狀，該若干個L形內澆道用來將金屬液導入鑄型中，若干個L形內澆道分別形成於右砂型和左砂型的內部。

優選地，一體式底盤砂型上還集成有濾網的安裝位。

優選地，組合砂型的缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進氣道砂型和排氣道砂型採用3D列印成型技術一次成型。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：通過一體式底盤，四向合型，組合砂型，逐層組芯的方式組裝的整個砂型，使得集成式複合氣缸蓋的缸孔水套砂型以豎直姿態(即直列式柴油機缸孔工作狀態)保持在鑄型中，易於獲得壁厚均勻且變形小的缸孔形狀，組合砂型的應用集成了多種砂芯，簡化了組型工藝及組型次數，組型更簡單準確，進排氣道在澆鑄過程中不會上浮，進排氣道壁厚更均勻，氣道性能更優。

附圖說明

圖1是本發明中集成式複合氣缸蓋的剖視圖；

圖2是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中涉及到的澆注系統的原理圖；

圖3是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組的組裝圖；

圖4是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中一體式底盤砂型的結構示意圖；

圖5是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中前砂型的結構示意圖；

圖6是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中後砂型的結構示意圖；

圖7是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中右砂型的結構示意圖；

圖8是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中左砂型的結構示意圖；

圖9是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中凸輪挺杆砂型的結構示意圖；

圖10是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中缸孔水套砂型的結構示意圖；

圖11是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中組合砂型的結構示意圖；

圖12是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中蓋盤砂型的結構示意圖；

圖13是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中澆注砂型的結構示意圖；

圖14是根據本發明的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組中臨時砂型組的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本發明的保護範圍並不受具體實施方式的限制。

除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權利要求書中，術語「包括」或其變換如「包含」或「包括有」等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而並未排除其它元件或其它組成部分。

首先，結合圖2說明本實施例中澆注系統的工作原理，該澆注系統包括直澆道12、主橫澆道13、兩個分橫澆道15以及若干個L形內澆道16，其中直澆道12豎立設置，直澆道12的上端具有澆口杯11，直澆道12位於集成式複合氣缸蓋鑄件100的長度方向的一側，主橫澆道13的兩端設置有濾網14，直澆道12的底端與主橫澆道13連通，主橫澆道13與集成式複合氣缸蓋鑄件100的寬度方向平行，兩個分橫澆道15並列設置且與集成式複合氣缸蓋鑄件100的長度方向平行，該兩個分橫澆道15處於集成式複合氣缸蓋鑄件100的下方的兩側，兩個分橫澆道15的一端分別與主橫澆道13的兩端連通，兩個分橫澆道15與主橫澆道13組成U形狀，兩個分橫澆道15的另一端分別設有集渣包，若干個L形內澆道16均勻的設置在兩個分橫澆道15的內側，每個L形內澆道16的出口端為漸縮狀，該若干個L形內澆道16用來將金屬液導入鑄型中。該澆注系統可以實現側澆底注，利用該澆注系統可以實現氣缸蓋缸頂朝上，氣缸蓋缸孔水套立放，氣缸孔向下的垂直澆鑄，

在具體鑄造中，金屬液從澆口杯11流經直澆道12，到達主橫澆道13，通過2塊濾網14，金屬液的渣被濾網14隔離，幹靜的金屬液分成左右兩股，通過分橫澆道(兩個分橫澆道15)，金屬液一直流動到分橫澆道未端的集渣包，金屬液殘留的細小渣會集到時集渣包內，當金屬液充滿分橫澆道時，再經L形內澆道16流入鑄型。本實施例中，L形內澆道16與鑄件連接部分的形狀為漸縮狀，可以設計為外擴的「八」字型，此形狀的優點為金屬液流經「八」字型時金屬液的流速由快減慢，達到金屬液快速到達緩速充型的效果，有利於金屬液充型快而平穩，不是噴射激進充型，有利於型腔氣排出，鑄件不易產生氣孔的鑄造缺陷。且金屬液能快速平穩進入鑄型，澆鑄時間快，金屬液的最終溫度高，鑄件不易產生冷隔的鑄造缺陷。另外，金屬液經過濾網14及集渣包的過濾擋渣效果良好，進入鑄型的金屬液乾淨，鑄件不易產生渣眼的鑄造缺陷。以實現充型平穩均勻，擋渣效果好，排氣順暢，缸孔水套壁厚均勻，進排氣道澆鑄中不上浮，且進排氣道壁厚均勻，成品率高，出品率高，以及產品質量好。

本實施例中，澆注系統與成型集成式複合氣缸蓋的砂芯一體設計成本實施例的砂芯組，所以，該鑄造砂芯組包括一體式底盤砂型1、前砂型2、後砂型3、右砂型4、左砂型5、凸輪挺杆砂型6、缸孔水套砂型7、組合砂型8(其中組合砂型8包括缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進氣道砂型和排氣道砂型)、蓋盤砂型10以及澆系砂型。

具體地，如圖1至圖13所示，根據本發明具體實施方式的一種集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組，該集成式複合氣缸蓋包括進排氣道(圖1中示出進氣道101)、噴油器安裝孔、缸蓋上水套102、缸蓋下水套103、氣缸孔105、缸孔水套104和凸輪挺杆孔(參見圖1)，缸蓋下水套103和缸孔水套104由上水通道連通，該鑄造砂芯組用來成型集成式複合氣缸蓋鑄件100。本實施例中，鑄造砂芯組由一體式底盤砂型1、前砂型2、後砂型3、右砂型4、左砂型5、凸輪挺杆砂型6、缸孔水套砂型7、組合砂型8、蓋盤砂型10以及澆系砂型組合而成。其中，由一體式底盤砂型1、前砂型2、後砂型3、右砂型4、凸輪挺杆砂型6和左砂型5組裝成臨時砂芯組(參見圖14)，一體式底盤砂型1上集成有氣缸孔105的缸孔成型部，缸孔水套砂型7組裝在臨時砂芯組上，缸孔水套砂7型豎直放置，缸孔水套砂型7上集成有用來成型上水通道的通道成型部。組合砂型8包括缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進氣道砂型和排氣道砂型，通道成型部與缸蓋下水套砂型的接觸部位填充耐火且可壓縮的纖維材料。蓋盤砂型10與前砂型2、後砂型3、右砂型4和左砂型5共同用於成型集成式複合氣缸蓋的頂面和四圍形狀。

具體地，如圖3和圖2所示，澆系砂型包括直澆道12、主橫澆道13、兩個分橫澆道15以及若干個L形內澆道16。其中，直澆道12豎立設置，直澆道12的上端具有澆口杯11，直澆道12位於集成式複合氣缸蓋鑄件的長度方向的一側，直澆道12的下段部分形成於前砂型2內部，直澆道12的上段部分由澆注砂型9提供(參見圖13)。主橫澆道13的兩端設置有濾網14，直澆道12的底端與主橫澆道13連通，主橫澆道13與集成式複合氣缸蓋鑄件的寬度方向平行，主橫澆道13形成於一體式底盤砂型1的前端內部。兩個分橫澆道5並列設置且與集成式複合氣缸蓋鑄件的長度方向平行，該兩個分橫澆道15處於集成式複合氣缸蓋鑄件的下方的兩側，兩個分橫澆道15的一端分別與主橫澆道13的兩端連通，兩個分橫澆道15與主橫澆道13組成U形狀，兩個分橫澆道15的另一端分別設有集渣包，兩個分橫澆道15分別形成於右砂型4和左砂型5的內部。若干個L形內澆道16均勻的設置在兩個分橫澆道15的內側，每個L形內澆道16的出口端為漸縮狀，該若干個L形內澆道16用來將金屬液導入鑄型中，若干個L形內澆道16也分別形成於右砂型4和左砂型的5內部。

作為一種優選實施例，一體式底盤砂型1上集成有濾網14的安裝位。

作為一種優選實施例，組合砂型8的缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進氣道砂型和排氣道砂型採用3D列印成型技術一次成型。

上述方案中，參見圖4，一體式底盤砂型1集成了氣缸孔105的缸孔成型部和濾網的安裝位，與前砂型2、後砂型3、右砂型4、左砂型5、凸輪挺杆砂型6的安裝定位部，參見圖4和圖14，前砂型2、後砂型3、右砂型4、左砂型5和凸輪挺杆砂型6按照圖14的方式安裝在一體式底盤砂型1上。還有，一體式底盤砂型1還集成有集渣包的下部分。本實施例中，氣缸孔105的缸孔成型部集成在一體式底盤砂型1上的優點是缸孔形狀與一體式底盤砂型1一起成形，無2次組芯誤差，相對位置更精準，能保證缸孔與缸孔之間的相對距離，確保缸孔的壁厚均勻。

如圖5所示，前砂型2用來成型氣缸蓋前端面部分形狀，前砂型2集成有凸輪挺杆砂型6的芯頭位及與右砂型4、左砂型5的安裝配合面，其餘部位為與一體式底盤砂型1的安裝配合面。本實施例中，前砂型2和澆注砂型9共同形成直澆道12，其中直澆道12的下段部分形成於前砂型2內部，澆注砂型9提供直澆道12的上段部分(參見圖13)。

如圖6所示，後砂型3用來成型氣缸蓋的後端面部分形狀，後砂型3集成有凸輪挺杆砂型6的芯頭位和缸孔水套砂型7的芯頭位，及與右砂型4、左砂型5的安裝配合面和與組合砂型8的凸形定位部，其餘部位為與一體式底盤砂型1的安裝配合面。

如圖7所示，右砂型4用來成型氣缸蓋的右側面部分形狀，後砂型3集成有右側的分橫澆道及內澆道，及與前砂型2、後砂型3的安裝配合面，還包括與組合砂型8的凸形定位部及缸孔水套砂型7的芯頭位，其餘部位為與一體式底盤砂型1的安裝配合面。另外，右砂型4還集成有集渣包的上部分。

如圖8所示，左砂型5用來成型氣缸蓋的左側面部分形狀，後砂型3集成有左側的分橫澆道及內澆道，及與前砂型2、後砂型3的安裝配合面，還包括與組合砂型8的凸形定位部，其餘部位為與一體式底盤砂型1的安裝配合面。另外，左砂型5還集成有集渣包的上部分。

如圖9所示，凸輪挺杆砂型6用來成型凸輪軸孔及挺杆孔的形狀，凸輪挺杆砂型6集成有與一體式底盤砂型1安裝的芯頭位以及與前砂型2、後砂型3、左砂型5的安裝定位部。

如圖10所示，缸孔水套砂型7用來成型缸孔水套及橫水道形狀，與缸蓋下水套相連通的上水孔形狀，還有支撐缸孔水套垂直豎放姿態的砂型安裝支承位。

如圖11所示，組合砂型8用來成型缸蓋上水套、缸蓋下水套、進氣道和排氣道的形狀，組合砂型8是多種形狀砂型的組合體，採用3D列印成型技術一次成型，能夠精確的保證砂型的形狀尺寸，以及形狀之間的相對位置，能夠保證鑄件的壁厚均勻，特別是進排氣道與缸蓋水套的進排氣道外殼的複雜形狀相應匹配及壁厚的均勻。而且缸蓋上水套、缸蓋下水套、進氣道、排氣道一次精確成型，能夠成功確保進排氣道在澆鑄過程中無上浮，能夠解決各個氣道位置一致性的問題，從而確保氣道參數良好性。

需要說明的是，上水通道暢通與否是柴油機工作狀態時水溫正常與否的關鍵，而該集成式複合氣缸蓋的上水通道是與傳統缸蓋完全不同。傳統缸蓋的上水通道是裸露在外的，上水通道通暢與否可以很容易觀察到，也可以人工打通。但本集成式複合氣缸蓋的上水通道是在缸蓋內部的，觀察不到，更不可能人工打通，所以為了保證集成式複合氣缸蓋的上水通道的通暢，在組型過程中缸孔水套砂型以豎直姿態(即直列式柴油機缸孔工作狀態)及在通道成型部與所述缸蓋下水套砂型的接觸部位放置一層耐火且可壓縮性的纖維材料，組型過程及澆鑄過程中纖維材料以彈性狀態填充在缸孔水套砂型及缸蓋的下水套砂型的上水通道中間，保證了集成式複合氣缸蓋的上水通道的暢通。

如圖12所示，蓋盤砂型10用來成型氣缸蓋的頂面及部分缸蓋四周部位形狀，蓋盤砂型10具有與其他砂型的安裝安位部和型腔的排氣通道。

本實施例中，具體的砂型組裝方案如下：

一體式底盤砂型1→放置2塊濾網→前砂型2→後砂型3→右砂型4→凸輪挺杆砂型6→左砂型5組裝成一個臨時砂型組，臨時砂型組包含了部分直澆道、主橫澆道、濾網、分橫澆道、內澆道。其中：前砂型2、後砂型3、右砂型4通過砂型的定位形狀及一體式底盤砂型1上的定位導向槽精確定位在一起，再把凸輪挺杆砂型6通過一體式底盤砂型1的U型定位槽組裝，最後，左砂型5通過定位導向槽由外向內組裝，形成砂型組，其組型特點為通過砂型的定位導向槽的四向由外向內組型，砂型自我定向，自動定位，組型精確。

然後，缸孔水套砂型7通過自身的圓形芯頭位，安落在臨時砂型組上的相對應的砂型定向定位上，並穿過一體式底盤砂型1的缸孔形狀，形成複合缸蓋缸孔形狀。複合缸蓋的缸孔水套砂型以豎直姿態(即直列式柴油機缸孔工作狀態)保持在鑄型中，這種姿態的好處是：組型中易於觀察砂型之間的間隙(相當於鑄件的壁厚)，可以及時調整砂型之間的間隙，更易於保證鑄件缸孔之間的壁厚均勻。而且，缸孔水套砂型中的缸孔形狀部分在鑄造時與金屬液的在重力方向的投影面積最小，故受到金屬液的浮力最小，所以缸孔水套砂型的變形最小，複合缸蓋的缸孔質量更好。

接著，組合砂型8通過後砂型3、右砂型4、左砂型5上的方形定位鍵層疊組型，組合砂型8上的進排氣道的長圓形芯頭與一體式底盤砂型1上的缸孔形狀的芯頭位密切配合，其餘芯頭位依次配合好，完成組合砂型8的組型(參見圖11和圖14)。

然後，蓋盤砂型10通過組合砂型8上的方形定位鍵層疊組型。

最後，澆注砂型9與蓋盤砂型10貼平，並座落在前砂型2上並與前砂型2的直澆道孔對齊。

綜上，本實施例的集成式複合氣缸蓋的鑄造砂芯組，通過一體式底盤，四向合型，組合砂型，逐層組芯的方式組裝的整個砂型，使得集成式複合氣缸蓋的缸孔水套砂型以豎直姿態(即直列式柴油機缸孔工作狀態)保持在鑄型中，易於獲得壁厚均勻且變形小的缸孔形狀，組合砂型的應用集成了多種砂芯，簡化了組型工藝及組型次數，組型更簡單準確，進排氣道在澆鑄過程中不會上浮，進排氣道壁厚更均勻，氣道性能更優。

前述對本發明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述並非想將本發明限定為所公開的精確形式，並且很顯然，根據上述教導，可以進行很多改變和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在於解釋本發明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的技術人員能夠實現並利用本發明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發明的範圍意在由權利要求書及其等同形式所限定。