V型结构船用气缸体的铸造工艺方法与流程

本发明是关于发动机领域，特别是关于一种v型结构船用气缸体的铸造工艺方法。

背景技术

大功率的船用柴油机气缸体铸件体积大，要求铸件尺寸精度高，致密性好。尤其是v型结构的大型船用柴油机的气缸体，材料是灰铁材料，内部结构主要包括左右侧的水道、左右侧的挺杆室、主油道等，由于v型结构的大型船用柴油机的气缸体外形都是超长、超高、体积庞大，砂芯数量多。按照现有的铸造工艺方法，需要使用模具制造，需要模具数量多，而且模具体积及重量都很庞大。由于船用的大功率柴油机品种多、小批量、个性化，从设备及成本的角度考虑，铸件的铸造一般都不在生产线上进行，采用的铸造方法一般是手工造型、手工脱模。由于芯盒尺寸大，为了便于脱模，铸造模具的材料基本采用木材或塑料，模具结构采用相拼式的镶块组合，模具脱模时，需要几个工人同时进行手工分块脱模的。因此用现有的铸造工艺方法生产铸件，工艺流程多而复杂，铸造工艺设计需要参数多，设计及制造效率低，灵活性差，污染大，铸件精度差，特别是大铸件的质量难保证。

而且由于船用的大功率v型结构柴油机品种多、小批量、个性化，现有的铸造工艺方法用于生产v型结构的大型船用柴油机的气缸体，虽然能满足工作需要，但存在一定的缺点，主要表现在：

(1)生产条件受装备限制，由于铸件尺寸大，数量不多，没有相应的装备生产线，只能采用手工模生产。

(2)大型铸件需要的手工芯盒多、芯盒尺寸大，制造模具的周期长、成本高。

(3)自动化程度低：手工操作，劳动强度高，工作量大。

(4)砂芯精度难保证：手工芯盒采用的自硬树脂砂，脱模困难，需要人工敲打，脱模后砂芯形状及尺寸精度难保证。

(5)砂芯易变形，砂芯之间配合间隙过大或过小，造成砂芯定位误差，组芯困难，生产效率低下。

(6)砂芯长度越长，变形误差越大，在浇注过程中受热变形更大，易造成铸件壁薄。

(7)铸件尺寸偏差大，铸件披锋大，内腔有隔层，影响铸件质量。

(8)信息化水平低：过程数据基本由人工采集，没有形成系统化、数字化和智能化，质量管理难。

(9)生产柔性化低：传统大批量统一生产与客户个性化定制需求增加的问题日益突现。

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。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种步骤简单合理的v型结构船用气缸体的铸造工艺方法，该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的砂型、砂芯全部采用普通自硬砂制造，避免浇注时铁水直接与潮型砂接触，能够实现从设计到铸件浇注全过程的数字化、一体化的精准制造，可以大幅度的提升生产效率及降低制造成本造，生产尺寸精度高。

为实现上述目的，本发明提供了一种v型结构船用气缸体的铸造工艺方法，该铸造工艺方法的砂型和砂芯均采用自硬砂为原料的数字化无模铸造精密成形技术制造；该铸造工艺方法采用铸件机脚面朝上垂直放置的立注铸造工艺，并采用底注式的浇注系统。

在一优选的实施方式中，该铸造工艺方法的铸造工艺模型参数的设定包括：铸件的长铸造收缩率为1％～1.35％，铸件加工余量为5～10mm，涂料层及抛丸量厚度为0.3～0.5mm。

在一优选的实施方式中，砂型和砂芯的制造工艺流程为：三维cad模型设计、用于数字化无模铸造精密成形的程序编程、砂型和砂芯直接铣削、砂型和砂芯组合。

与现有技术相比，根据本发明的v型结构船用气缸体的铸造工艺方法具有如下有益效果：

1.铸造工艺流程简化

流程短、效率高、成本低、污染少。

2.铸造工艺设计简化

浇注系统及排气系统可以任意布置，不受铸件形状影响，只需考虑加工余量、收缩率、涂料层及抛丸量等工艺参数，其余参数不用考虑。

3.效率高、精准性高

全数字化模型设计，效率高；设计及编程实现数字化、一体化、柔性化，精准性高；特别适用于复杂的及尺寸精度要求很高的铸件的制造。

4.灵活性高

在制造过程中可以随时进行铸造工艺及产品的更改，可实现对砂芯/型进行任何更改，不受设备及外在环境的影响。

5.单件、小批量、个性化零件的制造

数字化设计、模拟仿真与加工制造一体化，型芯柔性化设计和多样组合等灵活手段，使精度较高，制造时间短，成本低，容易满足顾客需求，在市场多元化竞争中，具有很强的竞争力。

6.对超大型铸件能保证尺寸的准确性

大型铸件采用传统的铸造工艺技术，很难保证铸件的精度，因为传统的铸造工艺流程工序多，制造过程各环节避免不了操作误差，造成了砂芯形状变形、弯曲、尺寸偏差大，从而导致铸件精度差。使用无模铸造技术，简化了铸造工艺流程工艺，制造出来的砂芯形状及尺寸精度很高，保证了铸件的精确度。

7.提升铸件品质

无模铸造技术可以实现整体式砂芯制造，颠覆传统制造技术。采用整体式砂芯制造铸造技术，砂芯在浇铸过程无上浮，铸件内腔无结合面，消除了铸件内腔的披锋。

8.节能减排环保

节能降耗减少污染是现在企业的迫切要求，使用的材料成本低，容易取得，又无需做模具，节省大量资源，是一种非常环保的制造技术。提高人工效率，降低劳动强度，减少了粉尘排放，废砂循环利用，改变了传统砂型铸造脏乱差局面。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的铸型砂芯组装图。

图2是根据本发明一实施方式的v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的浇注系统图。

图3是根据本发明一实施方式的v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的排气系统图。

图4是根据本发明一实施方式的v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的砂芯制造工艺流程图。

具体实施方式

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。

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。

根据本发明优选实施方式的v型结构船用气缸体的铸造工艺方法克服了现有铸造工艺方法存在的制模周期长、尺寸精度低、加工余量大、成形质量差、手工操作劳动强度大、生产工序多、重复性和稳定性差等问题，其具体的铸造工艺流程如下：无模铸造工艺模型-程序编制-砂型/芯成形-合箱浇注-金属铸件。

该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的铸造工艺设计包括：铸造工艺方案的制定、铸造工艺模型参数的设定、浇注系统设计和排气系统设计。

其中，如图1所示，该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的铸造工艺方案的制定具体是根据现有砂型无模加工设备生产条件，用无模铸造工艺方法代替现有的铸造工艺方法，砂型12、砂芯13全部采用普通自硬砂制造，外形用自硬砂代替现有的潮型砂，可以实现整个自硬砂铸型装配浇注，整个铸型全部由砂芯组成，取消现有的技术外形+砂芯组成形式。形成铸件外型的砂芯采用普通自硬砂制造，避免浇注时铁水直接与潮型砂接触，因此铸件相应的砂眼、夹渣、气孔等废品率低。

该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的铸造工艺模型参数的设定：

本技术方案只需考虑加工余量、铸造收缩率、涂料层及抛丸量等工艺参数，铸件的长铸造收缩率为1％～1.35％，其中长向的收缩率根据与浇口位置距离设定可变收缩率；铸件加工余量为5～10mm，涂料层及抛丸量厚度为0.3～0.5mm。

如图2所示，该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的浇注系统设计：

作为大型灰铁铸件，为确保铁液浇注平稳充型，有利于排气畅通，上部金属液高于利于顺序，充型能力强，易避免缩孔、缩松、浇不到等缺陷。因为气缸体缸顶面的材质要求气密性比较高，采用铸件机脚面朝上垂直放置的立注铸造工艺，采用底注式的浇注系统。浇注系统包括：浇口杯1、直浇道2、铸件3、内浇道4和横浇道5。

如图3所示，该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的排气系统设计：

由于铸件是用于船机上，有气密性要求，这对铸件的质量要求，特别是致密性要求更高。设计砂芯工艺时，各个砂芯之间的排气通道，砂芯与上外型的排气针的通道，这些排气通道的布置及联接用无模制造技术制造简单，易于实现。该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的排气系统包括：主体砂芯排气孔6、型腔排气孔7、主油道砂芯排气孔8、左侧水道排气孔9、右侧水道排气孔10和形成外形的侧面砂芯排气槽11。

该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的砂芯制造技术工艺：

用无模铸造工艺进行砂芯制造，目前国内用于砂型铸造行业的无模铸造技术有三种，分别是数字化无模铸造精密成型、喷墨3d打印、激光烧结。其中，数字化无模铸造精密成型技术的特别适合大型复杂的及尺寸精度要求很高的砂芯制造。该技术具有以下特点：

形成了系列规格设备，成形尺寸范围1.5～10米。

尺寸精度高，可以达到或高于现有技术制造的砂芯精度；

材料成本低，可用生产线上批产状态的自硬砂；

灵活性高，可对砂芯/型进行任何更改；

砂芯/型不用清理，加工完成后用压缩空气把形状表面浮砂吹去即可。

根据铸造工艺模型，砂芯长度尺寸超过3米的有12个砂芯，其中用于组芯定位的底座基准砂芯、水道砂芯、主油道砂芯、顶杆室砂芯等长度都大于3500mm以上，并且尺寸精度有要求很高砂芯，。为了保证整个铸型的砂芯尺寸精度，全部砂芯制造采用数字化无模铸造精密成形技术制造，以组芯定位的底座基准砂芯为案例，砂芯制造工艺流程见图4。

1、砂型/砂芯全部采用普通自硬砂制造，整个铸型全部由砂芯组成。形成铸件外型的砂芯采用普通自硬砂制造，避免浇注时铁水直接与潮型砂接触，因此铸件相应的砂眼、夹渣、气孔等废品率低。

2、采用铸件机脚面朝上垂直放置的立注铸造工艺，采用底注式的浇注系统，充型平稳，型腔内气体排出顺利，充型能力强，易避免缩孔、缩松、浇不到等缺陷。铸件缸顶面朝下，确保铸件缸顶面部位材质致密、均匀。

3、砂芯设计制造全数字化、一体化等快速绿色铸造，省去了模样/模具制造环节,砂芯尺寸误差在±0.2mm。

4、各个砂芯之间的排气、砂芯与外型的排气，这些排气通道的布置及联接用此新技术制造简单，易于实现，排气通畅，确保铸件的致密性。

综上，该v型结构船用气缸体的铸造工艺方法的砂型、砂芯全部采用普通自硬砂制造，避免浇注时铁水直接与潮型砂接触，能够实现从设计到铸件浇注全过程的数字化、一体化的精准制造，可以大幅度的提升生产效率及降低制造成本造，生产尺寸精度高。

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。