联体气缸盖铸造工艺设计探讨.pdf

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1、ProductionTechniques生产技术联体气缸盖铸造工艺设计探讨孙晓敏，臧加伦，王勇(潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261061)摘要：阐述了联体气缸盖铸造工艺开发过程中的要点，包括铸造工艺设计和工艺流程设计两方面；对铸造收缩率、浇注系统等工艺设计及制芯、组芯、浸涂工序等流程设计要点进行了重点介绍。关键词：气缸盖；工艺设计；工艺流程中图分类号：TG242；文献标识码：A；文章编号：1006—9658(2016)05—0023—04D01：10．3969／j．issn．1006—9658．2016．05．006随着人们环保意识的日渐提高，柴油机排放标准越来越严格；

2、欧洲已于2013年底施行欧Ⅵ排放标准。我国柴油发动机排放标准紧跟欧洲，将全面实施国Ⅳ排放标准，国V甚至国Ⅵ标准也在不远的将来推行。潍柴WPl0产品虽然占据了较大的市场份额，但作为一款老牌产品，其竞争优势在逐渐减少。为做好技术储备，保证未来5～15年内的竞争力，开发面向未来市场、性能先进的柴油机对我厂今后的持续高速发展意义重大。1联体气缸盖结构分析H1柴油机是全新平台柴油机，最高爆发压力200X105Pa，缸径116mm，缸心距144mm。因此Hl气缸盖设计为四气门联体气缸盖(如图1所示)，外观尺寸969×348X135(mm)，材料为HT325。图1H1气缸盖外观网Hl气

3、缸盖结构复杂，壁厚差别较大(如图2所收稿日期：2016一01—26稿件编号：160l一1238作者简介：孙晓敏(198l一)，女，工程师，现从事铸造工艺开发工作中国铸造装备与技术5／2016oFMT示)。进气侧存在螺栓搭子与气门导管搭子连到一块的厚大部位，可能会在铸件上形成缩松缺陷。进气管壁厚5．5mm，且不易放置冒口补缩一器巍移∥《网2H1气缸盖壁厚差别大上水夹层共20个工艺孑L、6个喷油器孔及6个串水孑L；下水夹层1个工艺孑L、4个串水孔；满足铸造工艺清理及砂芯固定要求。上、下水夹层结构如图3所示图3上下水夹层结构2铸造工艺设计2．1铸造收缩率铸造收缩率是所有铸造工艺

4、中最基本的工艺参数之一。在工艺设计时铸造收缩率选择的正确与否直接影响铸件的尺寸精度和几何形状精度。铸造收缩率主要与铸造合金成分和砂型、型芯阻力有关，此外还与铸件结构复杂程度、壁厚大小等多种因素有关⋯。i生产技术ProductionTechniques本文通过对本公司现生产的类似缸盖进行多次统计分析发现1％铸造收缩率偏小，H1气缸盖铸造收缩率设计为1．1％。考虑到进气道芯、上水夹层芯为整体长尺寸覆膜砂热芯，铸造收缩率设计为1．0％；同时，因为大尺寸热芯盒制芯过程中芯盒本体发生线性膨胀，砂芯铸造收缩率设计时需要考虑热芯盒的线膨胀系数。工艺验证过程中按上述收缩率设计的H1气缸盖

5、加工、划线尺寸合格。2．2浇注系统设计针对Hl气缸盖的结构特点，采用立浇工艺，将进气管侧放置在砂箱底部。两层内浇口设计在螺栓搭子位置，避免铁液冲刷砂芯；底层内浇口尽可能靠近底部，平衡底部薄壁进气管处温度场，如图4所示。图4缸盖立浇：[艺2．2．1阻流截面确定铸件毛坯质量390kg，壁厚5．5mm，浇注平均压力头520×9．8Pa，采用索伯列夫图表法初步确定阻流截面积为21cm2。浇注系统各组元截面设计比例为F直：F横：F内=1．1：1：1．6，先封闭后开放，既有利于挡渣，又使充型平稳。根据上述浇注系统截面积设计，完成充型模拟三维，经Anycasting软件模拟充型时间为3

6、2S，浇注时间过长；加大阻流面积至30cm2，充型时间26S，如图5所示，最终确定H1气缸盖阻流截面积为30cm2。2．2．2阶梯式浇注设计设计阶梯式浇注系统，底层内浇口截面积为28．14cm2，接近阻流截面积，解决以前浇注系统设计时虽然设计两层内浇口但同时进铁液的问题。模拟结果显示8S时仅底层内浇口进铁液，至16S时浇注液面上升到距离上层内浇口约35mm处上层内浇口开始进铁液(如图6所示)。≯。蟒耐。俐6冗型过程2．3砂芯设计砂芯设计时既要要考虑砂芯间隙、定位、排气、固定等工艺因素，还要考虑生产现场的设备能力及与其它产品工艺装备共用的问题。2．3．1砂芯种类根据产品结构

7、特点，每个缸盖设计为1颗底盘芯、1颗上盖芯、6颗下夹层芯、6颗排气道芯、1颗进气道芯、l颗上夹层芯、1颗1≠≠长条芯、1颗2≠}长条芯、1颗前短边芯、1颗后短边芯、2颗定位芯共11种22颗砂芯(如图7所示)。将H1缸盖长条芯(总长度930mm)分为1≠}长条芯、2≠}长条芯，并采用一圆芯头与另一端芯头的两侧面固定；保证了砂芯均在同一车间制芯工部生产，方便生产管理与有序组织。盖芯长条芯水夹层芯气道芯水央层芯图7分芯设计2．3．2芯头设计下夹层芯、排气道芯等单体砂芯的芯头间隙设计为0．2mm；进气道芯、上夹层芯等整体砂芯的定位芯头