一箱两件气缸体的铸造工艺研究

一箱两件气缸体的铸造工艺研究
发表日期：2008年2月27日【编辑录入：cuiqing】
【摘要】简述了YC4108气缸体的结构特点，及在相似生产条件下的国内工厂在1200×800×350／300砂箱内一箱一件的铸造工艺方案；评述了在作者所在工厂该气缸体在1200×800×300／300砂箱内一箱两件铸造工艺方案成功的一些铸造工艺要点j简单介绍了后者比前者所获得的良好技术经济效果。

【关键词】气缸体；一箱一件；一箱两件；铸造工艺
前言
YC4108气缸体是我厂2005年开发的一个新产品，即将成为我厂的主导产品之一，其毛坯件属于民用机械产品中最为复杂的薄壁铸铁件的典型代表。

众所周知，车用发动机气缸体类复杂薄壁铸铁件的铸造难度大，在一箱一件的生产方式下，国内众多工厂的铸造废品率均较高；在一箱两件的生产方式下，铸造难度系数更加复杂。

因而，在国内外生产这类复杂薄壁铸铁件的厂家采用一箱两件铸造工艺的较为少见；介绍其成功的铸造工艺的资料尤其鲜见。

鉴于此，笔者对我厂YC4108气缸体在x—SWZl280B砂型铸造线上成功试生产的铸造工艺作以简要总结，供同行参考。

l 气缸体的结构特点及一箱两件方案的确立
YC4108气缸体铸件的轮廓尺寸为575×387×328mm，主要壁厚为5mm，材质为HT250，重量125kg，属于较为典型的四缸湿式水道气缸体，如图1所示。

图 l YC4108气缸体一箱两件铸造工艺简图
图1所示的4108气缸体在华南某大型车用发动机生产厂也有生产(以下简称M厂)，其铸造生产线与我厂相同，且在我厂x—SWZl280B 铸造线砂箱尺寸(内腔尺寸)1200×800×300／300 mm的基础上，在上二十世纪中期就投资百万余元将其上箱尺寸从300 mm加高到350 mm。

在此条件下，数年前，M厂仍将该气缸体确定为一箱一件的砂型铸造生产工艺方案，由此可见该气缸体铸造难度之一斑。

我厂在开发该铸件时，综合分析了其结构特点，结合我厂ZJ4100
气缸体一箱两件的成功铸造经验，大胆地采用了一箱两件的铸造工艺方案。

4108气缸体在我厂1200×800×300／300 mm内腔尺寸的砂箱中的较小吃砂量(最小处为45mm)及较小砂铁比等不利工艺参数的条件下，经过试生产获得了良好的技术经济效果，其成功的铸造工艺要点大致有以下一些方面。

2 砂芯结构的优化设计
在该气缸体铸造工艺上，砂芯结构的优化设计主要表现在砂芯加大芯头结构的合理应用及砂芯芯头定位结构的优化设计两个方面。

2．1 加大芯头
在该气缸体的铸造工艺设计中，广泛应用了我厂创新的铸件加大芯头工艺技术，其典型代表曲轴箱砂芯的加大芯头结构如图3所示。

1．飞边冒口2．顶盖砂芯(小芯头结构)
图2曲轴箱砂芯传统小芯头结构示意图
1．压边冒口2．加大芯头
图3曲轴箱砂芯的加大芯头结构示意图
图3所示的加大芯头结构，与图2所示的砂芯芯头沿铸件内腔轮廓延伸的传统小芯头结构(3—5)相比，其主要良性工艺要点有：其一，尽可能地减免了砂芯压垮砂型的客观不利因素，还可不再设置或很少设置防压环类增加铸造飞刺的不良工艺结构；其二，极利于铸件
型腔排气；其三，有利于浇注系统，尤其是冒口系统的优化设计。

2．2 砂芯定位结构的优化设计
整个气缸体砂芯定位结构的优化设计，既有砂芯与砂型的定位结构，又有砂芯与砂芯间的定位结构。

同时还包括砂芯在重要工装组芯平台(亦称组芯夹具)上的定位结构。

砂芯与砂型定位结构的合理确定技巧为：首先应将整个气缸体的主体砂芯在组合平台上组合为一个“整体”，在这个“整体砂芯”的三维立体的各维上简化选择一至二个定位面即可。

切忌过多的定位面相互干涉。

砂芯与砂芯的定位结构的优化设计原则为：除前述的加大芯头结构要点须应用外，还应注意定位面应优先选用平面定位结构，尽可能避免曲面定位结构；以及芯头定位结构在三维立体上，各维方向上也各用一个定位面即可。

砂芯在组芯平台上定位结构的合理确定技巧为：选用大尺寸的定位块及相应的砂芯结构，亦应在三维立体上各有一至二个定位面即可。

在此方面，国内外尚有为数众多的工厂存在较大的不足。

3 浇注系统的优化设计要点
该气缸体铸造工艺的设计要点，主要有以下几个方面：应用了我厂创新的铸件有效浇注时间计算公式和浇注系统最小截面积的计算公式，合理确定浇注系统各主要截面比等。

3．1铸件有效浇注时间的合理确定
采用公式合理确定了该气缸体的有效浇注时间为20~24s。

3．2铸件浇注系统最小截面积的合理确定
采用公式，合理确定了该气缸体铸件浇注系统最小截面积∑F 阻为24.91㎝2
3．3浇注系统各主元截面比的合理确定
该气缸体浇注系统各主元截面比的合理确定，是用内腔尺寸1200×800 x 300／300砂箱铸造一箱两件成功与否的关键工艺要素之一，即关系到在这样小的砂铁比和吃砂量的状况下，是否产生胀砂类铸造缺陷的关键要素。

我们对该气缸体浇注系统各主元的截面比确定为：∑F直：∑F横：∑F阻：∑F内为1．2：2：1：l。

生产实践表明，我厂在内腔尺寸1200×800×300／300的砂箱内铸造4108气缸体一箱两件获得了良好的工艺效果，基本上克服了胀砂(箱)缺陷。

其浇注系统的合理设计是一个重要的合理工艺要点。

4 冒口系统的合理设计
该气缸体冒口系统的合理设计主要是广泛地推广应用了压边冒口和缩颈冒口，以及合理确定冒口系统最小总排气面积。

4．1压边冒口的合理应用
压边冒口的形式早已有之，而如我厂将其较早地广泛用于气缸体类铸件上则仍较为鲜见。

而在4108气缸体的顶盖面上，将压边冒口设置在随铸件垂直方向的曲面上则又是我厂的创新应用。

我厂在该气
缸体单个铸件上压边冒口的应用数量为6个。

4．2缩颈冒口的合理应用
同压边冒口一样，缩颈冒口也早以有之，将其应用在铸造流水线上(气缸体类铸件)上至今也较为鲜见。

而在4108气缸体上将缩颈冒口应用于凸轮室砂芯的出砂孔处，亦是行业首创。

我厂在该气缸体单个铸件上缩颈冒口的应用数量为3个。

4．3冒口系统最小排气面积∑F排的确定
在我厂x—SWZ1280B这类中压微震造型方式下，气缸体铸件冒口系统最小总排气面积∑F排≥1．3∑F阻较为适宜。

由于在该气缸体上广泛合理地选用了大量的压边冒口和缩颈冒口，使该气缸体冒口系统的最小总排气面积达到了∑F捧>1．4∑F阻。

在该气缸体的∑F捧>1．4∑F阻的良好工艺状态下，我厂在该气缸体单个铸件上的总明冒口数量仅为9个，出气针数仅1个；而M 厂在该气缸上的明冒口数量(主要为飞边冒口和砂芯排气冒口)多达14个，出气针多达9个。

由此不难看出：我厂该气缸体的上砂型总共少了13个明冒口棒(洞)类工艺结构，从而可较好地改善上砂型的紧实(砂)效果及铸件的上表面质量，以及减少冒口清理工作量等。

不仅如此，由于前述的我厂在4108气缸体主要工艺方面的优化设计，基本上克服了气缸体类铸件在其它厂普遍存在的气孔类缺陷。

5 其它重要工艺要点
5．1型砂性能的合理确定
该气缸体在内腔尺寸1200×800×300／300的砂箱内一箱两件的铸造方案确立时，因其吃砂量小、砂铁比小等客观不足，预计最大的工艺难点是造型后垮箱现象及浇注时胀箱(胀砂)缺陷的产生。

在试生产该产品的第一炉次，出现了胀砂缺陷，而未出现垮箱现象；然而在第二、第三炉次出现了垮箱现象。

于是我厂采取了提高型砂湿强度等工艺措施，基本克服了垮箱现象的产生。

型砂的湿压强度达到0．18MPa以上时，便可较好地满足一箱两件生产的要求。

5．2压铁的合理应用
在试生产该产品的第一炉次出现胀砂缺陷后，我们在第二次及以后均合理地应用了压铁工艺：将200～250 kg重的成形压铁直接压在砂型上，便基本克服了该铸件的胀砂缺陷。

在1200×800 ×300／300的砂箱内铸造4108气缸体，其压铁的合理应用亦是关系到是否能成功地进行一箱两件生产的一个重要工艺措施。

M厂在历史、技术人员数量、设备等多种客观方面均强于我厂的情况下，只选用了一箱一件的生产方案，在很大程度上，未能较好应用压铁工艺是其重要原因之一。

6 结语
我厂在该气缸体一箱两件的铸造工艺方案上已取得了较大的成功。

但是，在试制过程中，也出现了模具方面的一些不足之处，如因凸轮室和水道砂芯(热芯盒)的变形，使该铸件相应两处壁厚变薄至3mm
左右，从而在试生产过程中出现了较多的冷隔、逗水、浇不足类铸造缺陷。

综上所述，生产实践证明我厂在1200×800×300／300的砂箱内一箱两件生产4108气缸体的铸造工艺方案已取得了成功。

相比传统的一箱一件铸造方案，其铸造生产成本可下降10—15％；按我厂预计年产3万台该气缸体计算，便可年降低生产成本300—450万元。