CN101497121A - 柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法 - Google Patents

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Abstract

一种柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，采用金属铸造模具和低压全金属型铸造方法进行铸造，其包括低压浇铸、振砂、粗加工和热处理步骤，其中在低压浇铸步骤中，水套和油道分别采用油道砂芯和水套砂芯铸造，缸套采用镶嵌方式铸造；整个铸件采用缸筒面在下、曲轴面在上，并从缸筒面引入铝液，浇铸铝液温度在670－690℃。本发明结合压铸与重力铸造的优点，采用低压铸造工艺使缸体铸件达到柴油机高的机械性能要求，同时保证高的工艺出品率，节约能源，铸造过程操作简便。

Description

柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法
技术领域：
本发明属于铸造技术领域，具体是一种用于铸造柴油发动机铝合金缸体的金属型低压铸造方法。
背景技术：
目前，汽缸体是国内铸造行业公认的尖端技术，铝合金柴油机又是其主要代表零件之一，复杂的结构、壁厚差较大、镶铸铸铁缸套和闭式水套结构的特点，导致该产品在国内仍不能生产出符合性能要求铸铝汽缸体，且生产中极易有气孔、缩松等缺陷。由于汽缸体是柴油机的关键零件之一，铝合金柴油机又是汽车发动机轻量化的重要标志之一，品质的好坏直接影响到柴油机的整体性能和使用寿命，因此各制造厂对气缸的制造非常关注。其中1.9L汽缸体是1.9L型铝合金柴油机的核心零件，毛重约32Kg，材质为ALSi6CuO4镶铸铸铁缸套，内腔有6个油道及水腔，当前生产时易产生铸件内气孔、组织疏松及浇布足等缺陷。且该产品技术要求高，不允许存在夹渣、夹沙、气孔、疏松、裂纹等影响产品性能和水压实验的缺陷存在，要求在100％经过如下密封检测：
随着节能，汽车轻量化的发展，轿车上的汽油机和柴油机也开始采用铝合金铸造，传统铸造方法有金属型压铸和金属型重力铸造来制作汽油机(柴油机)缸体，金属型压力铸造制作开放式水冷缸体(参见图1)，金属型重力铸造可制作闭合式水冷缸体(参见图2)。
其中对于缸套采用压入式的发动机缸体，由于不存在铝合金与缸套铸造结合的问题，传统中会根据结构的不同采用如下表1中铸造方法：
表1
Figure A200810033375D00051
因此对于缸体传统选用铸造方式的不同，各有优缺点。
压铸：生产效率高(冷室压铸600-700件/班，热压室压铸3000-7000次)适合大批量生产、铸件尺寸精度高(ZJ2-ZJ1)，表面光洁度高，工艺出品率高(一般可达90％以上)，但压铸铸型开发时间长、设备模具投入费用高、风险大、不适合做内腔复杂件、不适合做闭式水冷发动机缸体。
金属型重力铸造：可以结合砂芯做出内腔复杂汽油机缸体、适合批量生产、开发投入费用低于压铸，只适用于一般汽油机。但针对闭式水冷需铸入缸套式的柴油机缸体，存在机械性能不能满足设计要求、缸套结合不致密，渗漏、出品率偏低、废砂产生多的问题。要想生产技术难度高的柴油机汽缸体，压铸和重力铸造是不可能的。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种金属型低压铸造方法，使得铝合金铸入铸铁缸套、具有闭式水冷结构的柴油机缸体铸件，满足柴油机缸体性能技术要求，合格的铸件并可以批量生产，满足市场。
本发明为解决技术问题采用的技术方案是：
柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，采用金属铸造模具和低压全金属型铸造方法进行铸造，其包括低压浇铸、振砂、粗加工和热处理步骤，其中在低压浇铸步骤中，水套和油道分别采用油道砂芯和水套砂芯铸造，缸套采用镶嵌方式铸造；整个铸件采用缸筒面在下、曲轴面在上，并从缸筒面引入铝液，浇铸铝液温度在670-690℃。
在低压浇铸中，采用的砂芯使用前浸涂波美度为30-50配制的福士科醇基涂料460#，并进烘炉以160-250℃烘2-3小时；
所述低压浇铸加压过程包括：升液、充型、增压、保压、卸压阶段；其中在升液阶段从0到25秒，压力均匀升压到0.2×105Pa；在充型阶段从25秒到60秒，压力从0.2×105Pa均匀升压到0.29×105Pa；在增压阶段从60秒到70秒，压力从0.29×105Pa均匀升压到0.5×105Pa；保压阶段是在0.5×105Pa下保压210秒。
在本发明的低压铸造中，在局部孤立厚大位设置有缝隙式辅助工艺浇道，来解决局部孤立厚大位所存在的缩松缺陷。
为了使所述将铝合金和缸套紧密结合，在低压铸造过程中，铸造前缸套预热到温度400-600℃；
本发明在铸件的缸筒面的位置布置四个大圆浇口和在曲轴面上设定集渣包。
本发明在所述油道砂芯包括大芯头和成型在大芯头上的砂芯，在大芯头上钻有辅助孔，使大芯头连同铸件一起顺利脱模。
本发明的所述的水套砂芯、油道砂芯和缸套安装在金属铸造模具的底模上，同时在底模上开设有浇口。
本发明结合压铸与重力铸造的优点，采用低压铸造工艺使缸体铸件达到柴油机高的机械性能要求；采用低压铸造工艺，使铸入的铸铁缸套与浇注的铝合金紧密结合，达到柴油机要求的粘连牢固、无脱壳形象。采用低压铸造工艺使闭式水冷缸体铝合金在压力下凝固、结晶，保证了铸件组织致密又不产生孔洞缺陷，满足密封要求。采用缝隙式辅助补缩浇道消除孤立厚大缩松部位，缸体无缩松孔洞缺陷；采用缸体铸铁缸筒面做浇口面，并将定位基准全部设计在缸体燃烧室面，即铸造底模平面上，使铸铁缸套、砂芯准确定位(缸套中心位置度≦φ0.5mm)；该面设计有四个内浇口，使得顺序凝固补缩终止面，保证缸体由上(凸轮轴面铸造向上)到燃烧室面，顺序凝固；在砂芯的大芯头上钻辅助孔，使浇注的铝合金液铸入到大芯头内，既保证了大芯头在铸造过程中的强度，同时又方便了大芯头随铸件一起脱出模块。本发明的方法可以批量生产出满足铝合金铸入式铸铁缸套、闭式水冷结构柴油机缸体，其要求的机械性能和缸套结合紧密程度，保持高的工艺出品率和省去制备大的冒口砂芯，节约能源；并使制造操作简便。
附图说明：
图1为现有开放式水冷缸体示意图；
图2为现有闭合式水冷缸体示意图；
图3为本发明铝合金缸体铸件结构简图；
图4为本发明铝合金缸体铸件缸筒面的结构简图；
图5为本发明铝合金缸体铸件曲轴面的结构简图；
图6为本发明铝合金缸体铸件一个立面的结构简图；
图7为本发明的缸体加压曲线示意图；
图8为本发明采用的缝隙式辅助工艺浇道示意图；
图9为本发明采用的砂芯大芯头钻孔示意图；
图10为本发明采用的砂芯大芯头钻孔侧向剖面示意图；
图11为本发明采用的底模以及砂芯、缸套固定方式结构示意图。
图中：1—铸件，2—浇道，3—集渣包，4—孤立位置，5—缝隙式辅助工艺浇道，6—砂芯，7—辅助孔，8—水套芯头定位座，9—油道芯头定位座，10—缸套定位座，11—油道砂芯，12—大芯头，13—加工定位基准。
具体实施方式：
本发明公开的柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，采用金属铸造模具和低压全金属型铸造方法进行铸造，其包括低压浇铸、振砂、粗加工和热处理步骤，
参见图3至11，在低压浇铸步骤中，水套和油道分别采用油道砂芯11和水套砂芯铸造，缸套采用镶嵌方式铸造；整个铸件1采用缸筒面在下、曲轴面在上。首先将铝熔化，使得铝液变质、除气，然后制出水套砂芯(图中未示出)和油道砂芯11，参见图9和图10，油道砂芯11包括大芯头12和成型在大芯头12上的砂芯6，在大芯头12上钻有三个Φ8mm，深约40mm的辅助孔7，在浇铸时，铝液从辅助孔7的开口处铸入辅助孔7中，这样一方面可以起到增强油道砂芯11的作用，另一方面也方便在脱模时，带起油道砂芯11的目的。
将制好的水套砂芯和油道砂芯11浸涂波美度为30-50配制的福士科醇基涂料460#，并进烘炉以160-250℃烘2-3小时，同时将缸套进行预热，预热到温度为400-600℃之间，随之将准备好的水套砂芯和油道砂芯11以及缸套下入到金属铸模具内，对金属铸件内进行低压浇铸。
整个低压铸造过程分为升液、充型、增压、保压、卸压、开模取件步骤，升液过程是从0到25秒，压力均匀升到0.2×105Pa；在充型阶段从25秒到60秒，压力从0.2×105Pa均匀升压到0.29×105Pa；在增压阶段从60秒到70秒，压力从0.29×105Pa均匀升压到0.5×105Pa；保压阶段是在0.5×105Pa下保压210秒。采用这样的加压曲线，可以使铸件1平稳充型，充分凝固。
低压铸造完成后，开模取件，最后经过振砂、清理、粗加工后热处理完成。其中振纱、清理和粗加工以及热处理的工艺参数为本领域技术人员所熟知，在此不在做详细描述。
如图4、5、6所示，在铸件1的缸筒面的位置设有四个大圆铸口的浇道2，充分对铸件1补缩。在铸件1的曲轴面的四周设有集渣包3，集渣包3收集铝液表面层氧化夹渣物并排出，使铸件1内部组织致密。
如图8所示，铸件的孤立厚大部分4易缩松处开有缝隙式辅助工艺浇道5解决局部孤立厚大位缩松缺陷。
如图11所示，水套砂芯和油道砂芯通过设置在底模上的水套砂芯定位座8和油道砂芯定位座9安装在底模上，同样缸套也通过设置在底模上的缸套定位座10安装在底模上，且铸件1加工定位基准13也分别设在底模上，使其尺寸基准一至。
采用上述的铸造方法得到的铝合金缸体可以满足柴油机要求的机械性能和缸套结合紧密程度，保证高的工艺出品率，节约能源，铸造过程操作简便。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，采用金属铸造模具和低压全金属型铸造方法进行铸造，其包括低压浇铸、振砂、粗加工和热处理步骤，其特征在于，在低压浇铸步骤中，水套和油道分别采用油道砂芯和水套砂芯铸造，缸套采用镶嵌方式铸造；整个铸件采用缸筒面在下、曲轴面在上，并从缸筒面引入铝液，浇铸铝液温度在670-690℃。
2.如权利要求1所述的柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，其特征在于，在低压浇铸中，采用的砂芯使用前浸涂波美度为30-50配制的福士科醇基涂料460#，并进烘炉以160-250℃烘2-3小时。
3.如权利要求1所述的柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，其特征在于，所述低压浇铸加压过程包括：升液、充型、增压、保压、卸压阶段；其中在升液阶段从0到25秒，压力均匀升压到0.2×105Pa；在充型阶段从25秒到60秒，压力从0.2×105Pa均匀升压到0.29×105Pa；在增压阶段从60秒到70秒，压力从0.29×105Pa均匀升压到0.5×105Pa；保压阶段是在0.5×105Pa下保压210秒。
4.如权利要求1所述的柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，其特征在于，在本发明的低压铸造中，在局部孤立厚大位设置有缝隙式辅助工艺浇道。
5.如权利要求1所述的柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，其特征在于，在低压铸造过程中，铸造前缸套预热到温度400-600℃。
6.如权利要求1所述的柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，其特征在于，在铸件的缸筒面的位置布置四个大圆浇口和在曲轴面上设定集渣包。
7.如权利要求1所述的柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，其特征在于，在所述油道砂芯包括大芯头和成型在大芯头上的砂芯，在大芯头上钻有辅助孔。
8.如权利要求1所述的柴油发动机铝合金缸体金属型低压铸造方法，其特征在于，所述的水套砂芯、油道砂芯和缸套安装在金属铸造模具的底模上，同时在底模上开设有浇口。
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