铝合金柴油机缸盖的铸造方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝合金柴油机缸盖的铸造方法，包括如下步骤：加工金属型模块，金属型模块包括板形金属模块和方形金属模块，板形金属模块用来成型铝合金柴油机缸盖的燃烧室部位，方形金属模块用来成型铝合金柴油机缸盖的两端部位；加工底盘砂芯，底盘砂芯采用数字化无模成形机加工成型，在底盘砂芯的内底面和两端内表面的位置分别加工出用来镶嵌板形金属模块和方形金属模块的安装位置；砂芯组装，首先将金属型模块镶嵌在底盘砂芯的相应安装位置后，再将上下水套砂芯、进排气道砂芯、浇道砂芯、挺杆孔砂芯、盖盘砂芯及浇口杯砂芯进行组装；采用侧浇底注的方式浇铸铝合金液。该方法可以对铸件的关键部位获得质量较好的微观组织。
【专利说明】铝合金柴油机缸盖的铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及领域，特别涉及一种铝合金柴油机缸盖的铸造方法。
【背景技术】
[0002]柴油机气缸盖(也称缸盖)是柴油发动机的重要部件，缸盖外部有外形状，内部有进气道、排气道、冷却水道、油道及喷油器座等结构，缸盖的底面有进气门、排气门等结构，同时，缸盖的底面也是柴油机燃烧室的顶部，其结构复杂，毛坯一般用铸造方法制造，多数情况下，其材料通常为铸铁。
[0003]但是，对于高功率、轻量化的柴油机，特别是对于轿车或高性能的越野车，其柴油机缸盖则是采用铝合金材料，其缸盖下部与气缸体、活塞组成燃烧室。当柴油机在工作时，燃烧室的气体温度瞬间达到1800?2000°C以上，工作的最高压力达到15MPa以上，因此柴油机缸盖的工作条件更为恶劣，所以对气缸盖的性能要求更为苛刻，特别是对气缸盖下部分(燃烧室部位)的微观组织要求更苛刻，通常这个部位的金相枝晶间距< 25μπι，因此铝合金柴油机缸盖的铸造方法有更高的要求，其通常比铸铁类缸盖的铸造方法复杂且难铸造。
[0004]目前，对于铸铁类材质的柴油机缸盖的毛坯铸造通常是采用全砂型的重力铸造，而对于铝合金柴油机缸盖，通常采用形成缸盖外型的全金属型的外模与形成内部气水道类的砂芯相组合的铸造方式，通过重力铸造及低压铸造得到缸盖铸件。由于一个柴油机缸盖新产品的开发，特别是铝合金材料的柴油机缸盖的产品开发，为了验证其结构的设计合理性以及产品的特性，通常会铸造加工装配出数量不多的几台新产品样机，通过验证样机再进行产品的优化设计，等待样机合格后，才进入产品的外形金属模具以及生产砂芯的模具的设计开发等批量化生产。
[0005]鉴于此，无论是全砂芯的铸造方法，还是金属型模具铸造方法，虽能满足工作需要，但存在一定的缺点，主要表现在:1.全砂芯的铸造方法缺点在于，砂型的整体性质软，且多孔性，故铸出的铸件表面粗糙，铁件的尺寸精度低；由于砂型的散热性差，铸造时铸件的厚大部位冷却速度慢，所以铸件厚大部位易产生缩孔及铸件微观组织粗大的缺点，尤其是气缸盖的燃烧室工作部分因其在高温高压的恶劣条件下，对铸件的微观组织有更高的要求，否则气缸盖在工作时的性能急剧下，严重时会损害到整个发动机，因此采用砂型铸造的方法不能满足气缸盖的工作要求。2.金属型模具的铸造方法优点在于金属型的铸件尺寸精度高，形状清晰，铸件表面粗糙好，金属型的模具的冷却速度大，所以能较好的满足气缸盖的燃烧室工作部分的枝晶间距要求< 25 μ m,也就能保证气缸盖的燃烧室部分在高温高压工作条件下的可靠性。但是金属型模具的铸造方法中的模具材料通常采用热作模具钢的四开模具，带有很多附件，以及与设备接口连接设计制造等，其模具设计制造成本较高，制造周期长，此种方法多用于成熟产品上，如用于新产品开发则会影响新产品的开发周期，并由于新产品存在更改优化等不确定因素，都会引起模具的更改，严重时可会导致模具的报废。总之，以上两种铸造方法，都不能满足铝合金柴油机缸盖新产品的样机快速铸造验证的要求。
[0006]公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种铝合金柴油机缸盖的铸造方法，满足铝合金柴油机缸盖新产品的样机快速铸造验证的要求。
[0008]为实现上述目的，本发明提供了一种铝合金柴油机缸盖的铸造方法包括如下步骤:加工金属型模块，其采用数字化无模成形机加工成型，金属型模块包括板形金属模块和方形金属模块，板形金属模块用来成型铝合金柴油机缸盖的燃烧室部位，方形金属模块用来成型铝合金柴油机缸盖的两端部位；加工底盘砂芯，底盘砂芯采用数字化无模成形机加工成型，在底盘砂芯的内底面和两端内表面的位置分别加工出用来镶嵌板形金属模块和方形金属模块的安装位置；砂芯组装，首先将金属型模块镶嵌在底盘砂芯的相应安装位置后，再将上下水套砂芯、进排气道砂芯、浇道砂芯、挺杆孔砂芯、盖盘砂芯及浇口杯砂芯进行组装；采用侧浇底注的方式浇铸铝合金液并进行冷却形成铝合金柴油机缸盖。
[0009]优选地，浇道砂芯包括左浇道砂芯、右浇道砂芯及前浇道砂芯。
[0010]优选地，上下水套砂芯、进排气道砂芯、浇道砂芯、挺杆孔砂芯、盖盘砂芯及浇口杯砂芯都采用数字化无模成形机加工成型。
[0011]优选地，按照如下步骤进行砂芯组装:A.将底盘砂芯置于工作板上，把金属型模块分别镶嵌在相应安装位置；B.依次安装左浇道砂芯、右浇道砂芯及前浇道砂芯，并检查到位；C.安装下水套砂芯于左浇道砂芯和右浇道砂芯的芯头位内，再安装进排气道砂芯，然后将上水套砂芯装入下水套砂芯上，并以左浇道砂芯和右浇道砂芯的相应的芯头凹位精确定位；D.插入挺杆孔砂芯于底盘砂芯的芯座内；E.对步骤A至D完成的砂芯组件及盖盘砂芯和浇口杯砂芯加热，加热后快速将盖盘砂芯及浇口杯砂芯与砂芯组件组装完成。
[0012]优选地，采用数字化无模成形机加工上下水套砂芯、进排气道砂芯、浇道砂芯及盖盘砂芯时，在上下水套砂芯、进排气道砂芯、浇道砂芯及盖盘砂芯的周围部分保留有用来支撑定位的工艺块，待上下水套砂芯、进排气道砂芯、浇道砂芯及盖盘砂芯的形状尺寸加工完后人工去掉工艺块。
[0013]优选地，金属型模块还包括若干圆柱形金属模块，其间隔的镶嵌在底盘砂芯两侧的型砂内部。
[0014]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:通过在砂型中增设金属型模块而形成的外砂内铁的复合铸型，集合了金属型模具铸造方法的形状准确，表面质量好，铸件关键部位容易获得质量较好的微观组织的优点，也集合了砂型铸造方法的快速、低成本、无需模具投入的优点，造铸造成本低，周期短。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中金属型模块在缸盖的位置的不意图；
[0016]图2是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中金属型模块在缸盖的位置的又一不意图；
[0017]图3是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中底盘砂芯的结构示意图；
[0018]图4是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中金属型模块镶嵌在底盘砂芯上的结构示意图；
[0019]图5是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中局部砂芯组装后(砂芯组件)的示意图；
[0020]图6是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中砂芯组装后的示意图；
[0021]图7是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中加工中的水套砂芯的结构示意图；
[0022]图8是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中加工中的水套砂芯的结构的又一不意图；
[0023]图9是根据本发明的铝合金柴油机缸盖的铸造方法中利用的浇注系统示意图。
[0024]主要附图标记说明:
[0025]11-圆柱形金属模块，12-板形金属模块，13-方形金属模块,2-底盘砂芯，31-进气道砂芯，32-排气道砂芯，51-左浇道砂芯，52-右浇道砂芯，53-前浇道砂芯，6-挺杆孔砂芯，7-盖盘砂芯，8-浇口杯砂芯。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0027]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0028]根据本发明【具体实施方式】的一种铝合金柴油机缸盖的铸造方法，包括如下步骤:
[0029]第一步，加工金属型模块，其采用数字化无模成形机加工成型，金属型模块包括板形金属模块12和方形金属模块13,作为一种优选实施例,金属型模块还包括若干圆柱形金属模块11 (参见图1和图2)，圆柱形金属模块11间隔的镶嵌在底盘砂芯2两侧的型砂内部(参见图4)。其中，板形金属模块12用来成型铝合金柴油机缸盖的燃烧室部位，方形金属模块13用来成型铝合金柴油机缸盖的两端部位。利用金属型模块具备金属型铸造方法的优点，获得铸件尺寸精度高，形状清晰，铸件表面粗糙好的铸件；利用金属型模块比砂型冷却速度大的特点，可以在缸盖燃烧室工作部分的关键部位获得枝晶间距< 25 μ m的微观组织，确保缸盖的燃烧室部分在高温高压工作条件下的可靠性，且此种金属型模块可重复使用，并可随优化产品结构进行快速的制造或更改。
[0030]第二步，加工底盘砂芯2，底盘砂芯2采用数字化无模成形机加工成型，在底盘砂芯2的内底面和两端内表面的位置分别加工出用来镶嵌板形金属模块12和方形金属模块13的安装位置，安装位置为与板形金属模块12和方形金属模块13匹配的安装槽(参见图3中标记为22和23)，作为一种优选实施例，在底盘砂芯2两侧的型砂内部加工镶嵌圆柱形金属模块11的安装孔21。
[0031]第三步，砂芯组装，首先将金属型模块(包括圆柱形金属模块11、板形金属模块12和方形金属模块13)镶嵌在底盘砂芯2的相应安装位置后，再将上下水套砂芯4、进气道砂芯31、排气道砂芯32、浇道砂芯(浇道砂芯包括左浇道砂芯51、右浇道砂芯52及前浇道砂芯53)、挺杆孔砂芯6、盖盘砂芯7及浇口杯砂芯8进行组装(参见图5和图6)。
[0032]最后，采用侧浇底注的方式(参见图9)浇铸铝合金液并进行冷却形成铝合金柴油机缸盖。其中图9示出本实施例中的对铸件10进行铸造的浇注系统，其包括浇口杯101、直浇道102、冒口 103、横浇道104、内浇道105。
[0033]上述方案中，上下水套砂芯4、进气道砂芯31、排气道砂芯32、左浇道砂芯51、右浇道砂芯52及前浇道砂芯53、挺杆孔砂芯6、盖盘砂芯7及浇口杯砂芯8都采用数字化无模成形机加工成型。在加工这些砂芯的过程中，在砂芯的周围部分保留有用来支撑定位的工艺块，本实施例以加工上下水套砂芯4为例，在上下水套砂芯4的周围部分保留工艺块41，待上下水套砂芯4的形状尺寸加工完后人工去掉工艺块41，通过保留工艺块41，可以先快速加工砂芯上面的形状尺寸(参见图7)，然后翻转再以工艺块41为支撑及定位定向，再次加工砂芯下面的形状尺寸(参见图8)，最终便可获得砂芯形状尺寸，人工去掉工艺块部分(比如人工锯掉工艺块部分，然后进行适当的修型)，就是完整的砂芯，此种快速铣砂工艺无需模具就可快速得到砂芯，节省了大量模具设计制造时间，无需占用制芯机设备，无需制芯人员，节省了大量的人力物力，降低了成本，加快了制造步伐，为新产品试制提供了可靠的保证。
[0034]另外，如图5和6所示，上述方案中砂芯组装按照如下步骤进行:
[0035]A.将底盘砂芯2置于工作板上，把金属型模块分别镶嵌在相应安装位置；
[0036]B.依次安装左浇道砂芯51、右浇道砂芯52及前浇道砂芯53，并检查到位；
[0037]C.安装下水套砂芯于左浇道砂芯51和右浇道砂芯52的芯头位内，再安装进排气道砂芯(包括进气道砂芯31和排气道砂芯32)，然后将上水套砂芯装入下水套砂芯上，并以左浇道砂芯51和右浇道砂芯52的相应的芯头凹位精确定位；
[0038]D.插入挺杆孔砂芯6于底盘砂芯2的芯座内；
[0039]E.对步骤A至D完成的砂芯组件及盖盘砂芯7和浇口杯砂芯8加热(置于加热板或加热炉内升温到一定的温度)，加热温度合适后取出各砂芯，快速将盖盘砂芯7及浇口杯砂芯8与砂芯组件组装完成。
[0040]总之，本实施例提供的铝合金柴油机缸盖的铸造方法结合两种铸造方法的优点而形成的外砂内铁复合铸型侧浇底注方式的重力铸造方法，集合了砂型铸造方法的低成本、优化产品快速的特点，又继承了金属型铸造方法容易在气缸盖燃烧室等关键部位获得性能较高的铸件，且铸件的铸造精度也相应提高的特点，达到了铸造成本低，开发周期短的效果，为新产品的样机验证机铸件快速低成本生产提供了保证。
[0041]前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
【权利要求】
1.一种铝合金柴油机缸盖的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤: 加工金属型模块，其采用数字化无模成形机加工成型，所述金属型模块包括板形金属模块和方形金属模块，所述板形金属模块用来成型铝合金柴油机缸盖的燃烧室部位，所述方形金属模块用来成型铝合金柴油机缸盖的两端部位； 加工底盘砂芯，所述底盘砂芯采用数字化无模成形机加工成型，在所述底盘砂芯的内底面和两端内表面的位置分别加工出用来镶嵌所述板形金属模块和所述方形金属模块的安装位置； 砂芯组装，首先将所述金属型模块镶嵌在所述底盘砂芯的相应安装位置后，再将上下水套砂芯、进排气道砂芯、浇道砂芯、挺杆孔砂芯、盖盘砂芯及浇口杯砂芯进行组装； 采用侧浇底注的方式浇铸铝合金液并进行冷却形成所述铝合金柴油机缸盖。
2.根据权利要求1所述的铝合金柴油机缸盖的铸造方法，其特征在于，所述浇道砂芯包括左浇道砂芯、右浇道砂芯及前浇道砂芯。
3.根据权利要求2所述的铝合金柴油机缸盖的铸造方法，其特征在于，所述上下水套砂芯、所述进排气道砂芯、所述浇道砂芯、所述挺杆孔砂芯、所述盖盘砂芯及所述浇口杯砂芯都采用数字化无模成形机加工成型。
4.根据权利要求3所述的铝合金柴油机缸盖的铸造方法，其特征在于，按照如下步骤进行砂芯组装: A.将所述底盘砂芯置于工作板上，把所述金属型模块分别镶嵌在相应安装位置； B.依次安装所述左浇道砂芯、所述右浇道砂芯及所述前浇道砂芯，并检查到位； C.安装下水套砂芯于所述左浇道砂芯和所述右浇道砂芯的芯头位内，再安装进排气道砂芯，然后将上水套砂芯装入下水套砂芯上，并以所述左浇道砂芯和所述右浇道砂芯的相应的芯头凹位精确定位； D.插入所述挺杆孔砂芯于所述底盘砂芯的芯座内； E.对步骤A至D完成的砂芯组件及所述盖盘砂芯和所述浇口杯砂芯加热，加热后快速将所述盖盘砂芯及所述浇口杯砂芯与所述砂芯组件组装完成。
5.根据权利要求3所述的铝合金柴油机缸盖的铸造方法，其特征在于，采用数字化无模成形机加工所述上下水套砂芯、所述进排气道砂芯、所述浇道砂芯及所述盖盘砂芯时，在所述上下水套砂芯、所述进排气道砂芯、所述浇道砂芯及所述盖盘砂芯的周围部分保留有用来支撑定位的工艺块，待所述上下水套砂芯、所述进排气道砂芯、所述浇道砂芯及所述盖盘砂芯的形状尺寸加工完后人工去掉所述工艺块。
6.根据权利要求1所述的铝合金柴油机缸盖的铸造方法，其特征在于，所述金属型模块还包括若干圆柱形金属模块，其间隔的镶嵌在所述底盘砂芯两侧的型砂内部。
【文档编号】B22C9/22GK104368762SQ201410488328
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】谢永泽, 陈金源, 马国胜, 张俊 申请人:广西玉柴机器股份有限公司