气缸体铸造壳型砂芯结构的优化设计.pdf
Jun.2016V01.65 No.6 垂铸FOUNDR造Y ·575·气缸体铸造壳型砂芯结构的优化设计芦荨玉(南充职业技术学院,四川南充637130)摘要:简述了车用发动机的一种四缸气缸体铸造壳型砂芯两种设计方案和过程。分析了原设计砂芯结构存在的不足:壁厚设计不合理、加强筋结构不合理、砂芯刚性不够、铸件质量差等问题。改进了气缸体铸件壳型砂芯的结构,提高了砂芯的刚性,合格率以及铸件的尺寸精度。关键词:缸体;壳型铸造;壳芯;壁厚;优化设计中图分类号:TG242.7 文献标识码:B 文章编号:1001—4977(2016)06—0575—03Optimal Design of Cylinder Block Shell CastingSand Core StructureLU Ting—yu(Nan Chong Vocational Institute,Nanchong 637130,Sichuan,China)Abstract:The two design schemes and processes for a four-cylinder car engine cylinder block shell castingsand core structure were introduce&The deficiencies of sand core structure designed by traditional designconcept were analyzed,such as the wall thickness design and unreasonable reinforeed rib structure,inadequatesand core rigidity,lOW cost performance and SO Oil.The cylinder block shell casting sand core:structure wasimproved,high rigidity ofsand core,high pass rate ofsand core,and high quality were obtained.Key words:cylinder block;shell casting;shell core;wall thickness;optimal design车用发动机气缸体铸铁件产量较大,亦是民用机械产品中最为复杂的铸件。因其结构复杂、壁薄,所以铸造技术难度高是其铸造工艺的基本特点。其铸造生产方式种类繁多,从较为传统的手工制芯+组芯造型、震压造型+机械制芯、静压造型+机械制芯、直至消失模铸造等都有各种不同结构、不同材质和质量的缸体铸件在生产【l-41。故而车用发动机气缸体铸铁件的铸造技术一直是行业研究的前沿课题。我们将近年来在一种四缸气缸体壳型铸造生产实践中所获得的壳型(芯)优化设计方面的成功经验介绍给大家,供同行参考。1 砂芯传统结构存在的不足近几年来,采用壳型铸造生产工艺(方式)生产车用发动机小型气缸体铸铁件的铸造厂已有一定的数量,根据笔者的了解,一些厂家在壳型(芯)的设计及制作时存在着较多的不足,具体表现在以下几个方面。(1)壁厚不合理。气缸体壳型铸造的壳芯主要有前、后端面芯、顶盖芯和两个外型芯,结构如图1-4所示。其中图a是用传统设计理念所设计的结构,因传统理念注重追求尽可能优的砂铁比,使得壳芯(主体)壁厚均为8 lllln,其目的是降低芯砂用量。而生产实践表明,采用这种壳芯结构进行试生产会出现因壳芯壁厚过于偏薄,使得浇注出的气缸体铸件存在着“胀砂”、铸件壁厚不稳定、铸件严重超重的问题,无法获得合格的铸件。(2)加强筋不合理。用传统理念设计的壳芯,其加强筋采用了“均衡”化和尽可能少用芯砂的设计原则。由此使得壳芯的加强筋不够合理,具体表现为壳芯的整体强度偏低导致壳芯的破损率高,在整套气缸体砂芯组合完后,因为没有合理的“承重”结构,使得整套砂芯(型)搬运困难,导致生产操作者的劳动效率降低。(3)壳芯刚性不够。由于壳芯加强筋不够合理,壳芯(主体)壁厚过于偏薄,使得壳芯的刚性偏低,一方面表现在壳芯在射芯机上制芯过程中脱模困难、砂芯的成形率低,另一方面在试生产时铁液浇注过程中因壳芯的刚性(高温状态时)不够,使得铸件的尺寸极不稳定、难以达到要求的尺寸和重量。2砂芯优化设计结构的特点鉴于上述壳芯结构存在的诸多不足,我们运用绩收稿日期:2016--01--06。作者简介:卢亭玉(1975-),女,讲师,主要从事机械设计与制造的教学与研究。电话:13795990675,E-mail:yangfan_327@163.corn万方数据FOUNDRYdun.2016VOI.65 No.6效技术、人类工效学及美学原理等新理念唧】来指导该气缸体铸件壳芯的结构设计。设计出了图b所示壳芯的优化结构。2.1前后端面芯图1b为前端面壳芯的优化结构,在原结构基础上进行了如下改进。(1)加强筋更为合理。增加了A、B、C、D、EJJI]强筋,其共同作用可大幅度地增强砂芯的强度和刚性。其中,加强筋A增强了对“整套”气缸体砂芯的承重;加强筋c、E增强了对砂芯本身的射实;加强筋D可加强“整套”气缸体砂芯的搬运结构。(2)砂芯组合承重结构。增加了F所示凸体结构,其作用主要是供砂芯组合(粘合)时承重。(3)砂芯组芯定位结构。增加了G所示凹槽结构,其作用主要是供砂芯组芯时定位。(a)传统理念设计的结构 (b)绩效技术设计的结构图l前端面壳芯的两种不同结构Fig.1 The two different structures ofthe front face shell core同理运用绩效技术及人类工效学等新理念来指导该气缸体铸件后端面壳芯的设计,设计制作出了图2b所示结构,不难发现图2bl:匕之于图2a所新增结构及特点大致与上述前端面壳芯优化效果相似。(a)f/.j-缆理忿发计的箔陶 【b)琐放技1÷嫂汁n。绱均图2后端面壳芯的两种爿i同结构Fig.2 The two different structures ofthe back face shell core2.2顶盖芯图3b为运用新理念设计出的该气缸体铸件顶盖芯壳芯的优化结构,通过其结构的优化设计同样可以使其性能发生较大的变化,主要体现在以下两点。(1)加强筋的合理设置。增加了H加强筋,其作用是较大幅度地增强砂芯的强度和刚性。顶盖芯作为该气缸体整套砂芯的基础(承重)芯,其强度和刚性必须得到很好的保证,而加强筋H的增设是十分必要的。(2)冒口结构的合理设置。增加了M所示凹槽结构,其作用主要是使顶盖芯自带冒口颈结构,以便简化及优化其冒口系统。(aj 1々坑理念设计的结陶 (b)颈效技术波计的铺佝图3顶盖芯壳芯的两种不同结构Fig.3 The two different structures ofthe top cover core shell core2.3外壳芯图4b为运用新理念设计出的该气缸体铸件外壳芯的优化结构。对比两图可以看出优化的结构具有以下两个特点。(1)加强筋更为合理。增加了J类加强筋10余处,其作用是大幅度地增强了外壳芯的强度和刚性。因外壳芯主要决定气缸体大面积的铸件壁厚,其适宜的刚性必须能够抵抗铸件浇注过程中的膨胀力,防止浇注过程中铁液“跑水”。(2)砂芯组合(粘合)锁紧结构。新增了K所示凹槽结构(6处),其作用主要是供砂芯组合(粘合)时的承重,外壳芯在上(涂)密封胶后,用自攻螺钉固定(锁紧)外壳芯和前后端面芯、外壳芯和顶盖芯、外壳芯和主体芯的螺钉过孔结构(密封胶干燥后、自攻螺钉固定基本完成紧固任务)。该结构及其工艺方法能提高壳刑铸造气缸体的组芯效率÷a)传统理念波计的结构 (b)绩效技术设计的结构图4外壳芯的两种不同结构简图Fig.4 The two different structures ofthe shell core(下转第579页)万方数据铸造 孙鑫志等:大型回转窑托轮铸造工艺的改进 ·579·图2托轮铸造T艺HFig 2 The casting process ofthe supporting roller幽3托轮藩眇图Fig.3 The shakeout ofthe supporting roller了清砂的清理工作,最主要的是避免了长时间清理中间孔烧结粘砂而产生裂纹的可能性。图4托轮成品图Fig 4 The finished product ofthe supporting roller5结束语通过合理设置冒15及补缩通道,合理选择型砂,掌握好制芯方法,铸件要热割冒1:3,保证清理时受热均匀,控制好浇注速度和温度,成功生产出了满足质量要求的托轮铸件。参考文献:[1】孙爱新,李晓明,王话,等.圆锥破碎壁上架体铸造工艺研究【J】.铸造,2013(1):77—79.[2]于家茂,薛修治,金广明.铸钢件生产指南[M].北京:化学工业出版社,2008.[3】铸钢手册编写组.铸钢手册[M】.北京:机械工业出版社,1985(编辑:刘冬梅,ldm@foundryworld.com)·+-+-+--4--+-+一-+-一-+-一--4---+-+-+-+-+-+一十一-4“-一+一+-+*+-+-+-+--4-.--4--.-4-----4.-一-4---+·--4“-一+-‘·+一-—一一。。+一-。。+一··●一-+-—■一-。·+·-‘-卜-—+.-—+一-—+一-。。+一-’‘卜-—‘+一-1‘+。(上接第576页)3结束语为提高砂芯质量,提高铸件质量,运用绩效技术、人类工效学及美学原理等新理念来指导设计壳型铸造气缸体的壳型(芯)结构,相比于壳芯原结构,具有砂芯刚性高、砂芯合格率高,铸件品质高等优点。可很好地满足小型气缸体类铸铁件壳型铸造的生产。采用壳芯优化结构对该四缸气缸体进行了小批量的试生产实践,一次性成功。无论在铸件的尺寸稳定性、重量稳定性及其铸件表面质量等多方面均能很好地满足主机厂的相关技术要求。由此可见,壳芯优化结构是一个合理的、成功的设计方案,其所用的优化设计理念可以广泛地推广于其他类似铸件壳型铸造的壳芯结构设计。车技术,1994(3):42-46.[2]裴泽辉,陈冬玲,潘红,等.TBD620L6柴油机气缸体铸造工艺设计【J】.现代铸铁,201l(6):57—60.[3]王新节.柴油机气缸体消失模铸造工艺的优化设计【J】.中国铸造装备与技术,2012(1):42—46.【4]刘天平,王爱丽,韩志伟,等.静压铸造生产线建设和有效运行论述【J】铸造设备与工艺,2013(3):6-9.【5]马宁,林君芬,林涛.绩效技术的理论渊源与研究领域[J】中国电化教育,2004(10):5-9.[6]王昌辉.绩效技术在企业领域的延伸【J】.东方企业文化,2010(10):73—74.[7]焦建文.绩效技术在我国教育技术领域发展缓慢的原因与对策浅析【J】.云南电大学报,2008(4):28—31.[8]刘文川,王正端.美学及人类工效学在铸造工装设计中的应用[C】//2005中国铸造活动周论文集,沈阳,2005:292—298.[9]彭显平,陈庚,蔺虹宾,等.WD615缸体砂芯结构的优化设计[J].铸造,2014,63(8):865—867.参考文献:[1]刘文JJI,梁应雄·国内外车用发动机气缸体铸造技术现状【J】·汽 (编辑:5,1冬梅,ldm@foundryworld.com)万方数据