CN105397035A - 一种铸造缸盖的装置 - Google Patents

Abstract

一种铸造缸盖的装置，包括模具；模具包括底模、侧模、组芯工装；组芯工装包括组芯板、装于组芯板上的砂芯，组芯板为楔形板，组芯板内有冷却通道；底模包括底模模框、底模模芯，底模模框中间上部为楔形槽，楔形槽槽壁处开有排气孔二、进气孔二，底模模框中间下部为与楔形槽相连通的安装槽，底模模芯装于安装槽内，底模模芯下端设有密闭舱盖；当组芯板与楔形槽装配时，进气孔二经冷却通道与排气孔二相连通形成抽气通道，密闭舱盖内腔形成密闭舱室，与压缩空气气源相连的管一端与密闭舱盖相连，管另一端接于进气孔二。本发明通过三阶段冷却阶梯形成温度梯度差以消除铸件应力裂纹，模具拆分布局，上线便于操作，能满足缸盖规模生产的铸造需求。

Description

一种铸造缸盖的装置

技术领域

本发明涉及一种铸造缸盖的装置。

背景技术

缸盖成型技术中铸造方法有很多，金属型重力铸造毛坯因其尺寸稳定、工艺可靠可复制、便于生产组织等特点，成为铝合金缸盖铸造首选。现有缸盖铸造过程中，存在如下问题：

第一、由于缸盖是发动机的重要承载部件，铸件加工后要求机械性能优良；为得到细腻的组织，通用做法采取底模和燃烧室两阶段激冷措施，激冷强度大温度阶梯过窄，铸件凝固收缩后内部往往容易产生热裂纹或冷裂纹；激冷强度小缸盖中心区域温度高，顺序凝固难以在单位时间内完成，铸件内部易形成疏松缺陷；缸盖使用过程中表现为渗油、渗水、油沫化等问题。

第二、缸盖内腔结构复杂要求壁厚均匀，常用方法在底模摆放下芯，后用动模合模，间隙配合的方式定位砂芯，由于砂芯组合相互关联，合模错位、砂芯变形、浇铸浮芯等原因，难以保证砂芯相互位置度、壁厚、尺寸变化。

第三、传统缸盖浇铸模底模布局有冷却、排气、退料、导向连接、管道排布等机构，整体设计较为复杂，上线连续生产需采用备模切换，维护制造费用高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，而提供一种铸造缸盖的装置，通过三阶段冷却阶梯形成温度梯度差以消除铸件应力裂纹，模具拆分布局，上线便于操作，能满足缸盖规模生产的铸造需求。

本发明的技术方案是：包括模具；所述模具包括底模、侧模、组芯工装；组芯工装包括组芯板、装于组芯板上的砂芯，组芯板为楔形板，组芯板内有冷却通道；冷却通道是用于冷却组芯板，冷却通道位于砂芯下部与砂芯不相通；所述底模包括底模模框、底模模芯，底模模框中间上部为与组芯板配合装配的楔形槽，楔形槽槽壁处开有与冷却通道的排气孔一相对应的排气孔二、与冷却通道的进气孔一相对应的进气孔二，底模模框中间下部为与楔形槽相连通的安装槽，底模模芯装于安装槽内，底模模芯下端设有密闭舱盖；当组芯板与楔形槽装配时，进气孔二经冷却通道与排气孔二相连通形成抽气通道，密闭舱盖内腔形成密闭舱室，与压缩空气气源相连的空心管一端与密闭舱盖相连，空心管另一端接于进气孔二。

所述组芯板与底模模框之间设有两个以上导向装置。

导向装置为定位销，组芯板上设有与定位销配合的导向孔。

还包括可定位多块组芯板用于旋转组芯以形成多个组芯工装的转台。

组芯板四周开有取件孔，砂芯经砂芯座装于组芯板上。

进气孔一和排气孔一为X方向孔，导向孔为Z方向孔。

密闭舱盖内腔经空心管与进气孔二相连通，空心管内套有小管。

组芯板内还设有用于连接砂芯与密闭舱盖内腔的通孔，通孔一端经排气塞与砂芯的砂芯脚连接，通孔另一端与密闭舱盖内腔相连通；通孔为Z方向孔。

底模模芯上固定有燃烧室。

组芯板为QT材质的金属组芯板。

本发明提供一种在组芯板上进行砂芯组合，将组芯板整体取件和浇铸模底模相配装置。在冷却方面，本发明利用三个阶段阶梯冷却方式，满足铸件质量要求，浇铸时组芯板自身导热冷却为第一阶梯；将负压抽出的废气通过空心管导入组芯板冷却通道75冷却组芯工装，负压气体冷却为第二阶梯；燃烧室通循环水水冷却为第三阶梯。温度梯度符合铸件凝固速率，消除了铸件应力裂纹，得到了细腻的组织结构。

在模具设计方面，本发明燃烧室装配于底模保证缸盖中心坐标原始点，底模燃烧室周边形成产品的区域、包含底模上部装配的砂芯定位支座部分，整体作为活块取出复制多块改装为组芯工装；多块组芯工装定位于旋转平台，旋转组芯可供大批量生产；组芯板组芯工装上开设有四个取件孔，组芯完成用机械手取组芯工装和浇铸模具底模相配，开有销孔和安装左右动模的销合模相配，锁紧组芯板；顶出机构分两步，顶出底板和缸盖，分离缸盖和底板，冷却检修底板、组芯循环。

在砂芯排气装置方面，目前缸盖砂芯排气设计多为负压排气；大多数模具负压排气装置为开放式和顶杆相连利用配板Z向上下运动退料、密闭，由于没有独立的负压密闭舱，存在负压漏气现象，影响砂芯排气效果、影响铸件内部质量；密闭舱盖和底模模芯使用盘根（即石棉条）相配装密封，上口有组芯板Z向密闭，从而形成密闭舱室；组芯板内还设有用于连接砂芯与密闭舱盖内腔的通孔，通孔一端经排气塞与砂芯的砂芯脚连接，通孔另一端与密闭舱盖内腔相连通。负压抽出密闭舱室的废气经过组芯工装的冷却通道对其冷却降温，接着通循环水给燃烧室降温；由于底模拆分设计，使安装独立的负压密闭舱成为可能，密闭舱稳压可实现内部压力恒定负压抽气均匀。

在砂芯定位方面，本发明以燃烧室中心为原点将燃烧室固定于底模框，将浇铸模底模上的组芯板部分作为活块取出，用于组合砂芯，砂芯用液体胶水固定；砂芯和组芯板整体吊装，利用金属导向和浇铸模底模框相配，利用销和销孔配合压紧组芯板，销安装于侧模底部，合模同时压紧，可解决流水作业砂芯定位精度问题。

在缸盖规模生产方面，本发明通过复制多块组芯工装边生产边维护，组芯旋转工作台循环使用即可，简化浇铸模机构的排布，有维护成本低维护不停线的优点。

本发明根据铝合金成型技术特点，提供一种工艺可行，模具拆分布局，上线便于操作，能满足缸盖规模生产的铸造。

本发明特点如下：

一、平台旋转组芯，机械手下芯、浇铸、取件、自动化程度高。

二、浇铸***组合设计，利于铝液平稳冲型，利于气体、氧化杂质上浮。

三、密闭舱稳压形成压力差抽气，利于砂芯排气减压，降低内部缺陷发生率。

四、三个阶梯控温，保证缸盖凝固顺序，解决铸件裂纹疏松缺陷，得到细腻组织。

五、组芯工装和浇铸模组合可循环使用检护，确保上线每只缸盖冷却排气条件一致。

六、砂芯组件和浇铸模侧模不发生重复定位关系，定位准确精度高。

附图说明

图1为转台示意图。

图2为砂芯组合图。

图3为组芯板剖面图。

图4为底模框图。

图5为模框下芯组合图。

图6为缸盖浇铸***图。

图7为下芯组合剖示图。

图8为砂芯排气剖面图。

图9为排气局部剖面图。

图10为排气塞的结构示意图。

图11为图10的俯视图。

图12为凝固取件图。

图13为模具结构图。

具体实施方式

通过以下工序说明本发明的具体结构：

一、组芯（图1、2中）：

工作台11用螺栓13固定在转轴12上，逆时针旋转；组芯工装使用销孔14定位于工作台11，开有取件孔19、20、21、22用于机械手取件，组芯板15安装有砂芯定位支撑装置如：水道砂芯座26、排气砂芯座24、横浇道砂芯座25、油道砂芯座23；通孔27安装有排气塞62和浇铸模底模密闭舱盖55相连，组芯板侧边开设有风冷孔（即排气孔一）28。

砂芯开设有凸凹相配的定位装置，组芯时水道砂芯座26对应水道砂芯29、排气砂芯座24对应排气道砂芯30、横浇道砂芯座25对应横浇道砂芯31、油道砂芯座23对应油道砂芯32、进气砂芯34摆放于横浇道砂芯31上方、大冒口砂芯33摆放于32油道砂芯上方，砂芯组合完毕芯头滴入液态快干胶定型。

二、取件下芯（图3、4、5中）：

燃烧室35内开有冷却孔43和温控孔44固定于底模模芯39，底模模芯39固定于底模模框60；砂芯组合后定型于组芯板15，组芯板15开设有销孔14，浇铸模底模模芯39安装有定位销50，定位销50和销孔14相配；取件下芯后风冷孔28和排气孔49重合，侧模77和78合模，销76和压紧孔54重合，组芯板15受力锁紧，此时组芯板15和底模模芯39和密闭舱盖55组合形成空腔；空腔经通孔27与上部砂芯脚相通。密闭舱盖55内腔经空心管73与进气孔二71相连通，空心管73内套有小管70，进气孔48用于连接压缩空气。砂芯组合完毕，机械手将组芯工装连同砂芯一起取件下芯，此时组芯工装排气孔和负压排气孔相通，侧部四个销孔和销相配。

三、合模浇注（图6中）：

本发明缸盖浇铸***设计，含浇口杯、直浇道、浇口颈、过滤片、横浇道、内浇道、集渣冒口、集渣包、进气侧边冒口、排气侧边冒口、顶冒口等。铝液倒入浇口杯1，铝液通过直浇道2流入浇口颈3，浇口颈截面变小铝液流动速度减缓；浇口杯1进料速度大于浇口颈3流速，浇口杯被注满，铝液浇铸冲击产生的部分气体和氧化杂质开始上浮；底部铝液继续流动进入直浇道5，被滤网4过滤，通过滤网孔隙控制流速；铝液流动产生的氧化杂质被推入末端集渣包8存储，液面上升表面的氧化渣被集渣冒口6收集阻拦，铝液继续上升由内浇道7分流进入型腔；缸盖砂芯组合形成的空腔被铝液所充填，铝液高度到达盖沿面（盖沿面是指缸盖安装盖罩方向的那一面）铸件成型阶段完成，铝液继续上升首先到达进气侧边冒口9、排气侧边冒口10，到达大冒口11高度铝液停止流动，缸盖浇铸完成。液面上升过程中，铝液相对砂芯高温作用产生的部分气体、氧化杂质等被铝液静流涌入顶冒口、进气侧边冒口、排气侧边冒口停留。

四、砂芯排气设计（图7、8、9、10、11中）：

密闭舱盖55开有凹槽，凹槽内装有盘根65，用螺栓64和底模模芯39相连形成空腔与通孔27相连通，孔口凹槽69装有排气塞62，排气塞62顶部开有切口66，多个水道脚68和油道脚67分别通过在凹槽69与排气塞上切口66相连；密闭舱盖55，X向装有空心管73和进气孔二71相连通，分别用螺母74固定；经进气孔48进入的压缩空气沿着→X方向运动，从排气孔二49排出，密闭舱盖55空腔形成负压，密闭舱盖55空腔内的气体向X方向运动；通孔27安装的排气塞62顶部开有切口66和水道脚68油道脚67相连通，废气经通孔27被吸入密闭舱内，经空心管73→方向运动，进入组芯板15经冷却通道75循环后排出，同时组芯板得到了第二阶段冷却；

液面上升，水道砂芯29、排气道砂芯30、进气砂芯34、油道砂芯32、大冒口砂芯33组合形成的空腔区51被铝液填充包覆，砂芯在高温作用下树脂开始气化，在高温作用下气体不断生成，在铝液表面张力和最初形成的一层铝壳密闭的作用下，砂芯产生的气体沿着砂砾间缝隙向低压区53前行，在负压抽气作用下，部分气体由通孔27吸入，部分气体由裸露的芯头52、开放的油道砂芯32、大冒口砂芯33排出。

五、凝固取件（图12、13中）：

缸盖凝固成型方案设计，含静压头高度、浇铸温度场分布、浇铸速度、模具温度、涂料厚度、冷却、排气等。时间不断延伸，铝液液相温度开始下降，缸盖最初表现为液面收缩，冒口液面开始下降；最初凝固由底模三个阶段低温区晶枝的生长开始，在激冷和压头静压力作用下晶枝不断破碎组合生长，逐层立体网格状向冒口方向蔓延、凝固；温度持续降低当凝固区到达缸盖盖沿面高度时，冒口的热量急剧降低，冒口在自身体积和重力作用下高温区形成坍缩区56，冒口表面凹陷缸盖凝固补缩结束。即缸盖由底面58开始凝固，经盖沿面57向上至坍缩区56凝固结束。滑块79沿着C+向打开，B+向开右侧模77，A+向开左侧模78，装配于侧模底面销76和销孔54脱离开，顶料装置59分布让位于密闭舱周围，顶料装置59Z向顶出组芯板15，底模模框60和燃烧室35与组芯板15分离，铸件61和组芯板15脱离，机械手取件空冷；浇铸模底模80上的组芯板15部分作为活块取出，用于组合砂芯。底模80上有孔和组芯工装风冷孔相配，负压排气孔和组芯工装风冷孔相配，负压抽气开冷却循环开始进行，废气排出；底模和组芯工装相连为导向销定位，侧模安装有销，侧模合模，销76和销孔54相配。

机械手将组芯板平移至检护工作台冷却降温，检护清理排气、冷却口密封装置；当达到设定50±5℃返回组芯平台进行下一循环。

芯板检护：将排气塞62沿着通孔27退出，清理排气塞切口66积碳；检查排气冷却孔28密封装置；检查补喷底面63涂料，清理销54销孔14、水道砂芯座26、排气砂芯座24、横浇道砂芯座25、油道砂芯座23配合定位面；控温组芯板50±5℃转移循环。

Claims (10)

1.一种铸造缸盖的装置，其特征在于：包括模具；所述模具包括底模、侧模、组芯工装；

组芯工装包括组芯板（15）、装于组芯板上的砂芯，组芯板（15）为楔形板，组芯板（15）内有冷却通道（75）；

所述底模包括底模模框（60）、底模模芯（39），底模模框（60）中间上部为与组芯板配合装配的楔形槽，楔形槽槽壁处开有与冷却通道（75）的排气孔一（28）相对应的排气孔二（49）、与冷却通道（75）的进气孔一（72）相对应的进气孔二（71），底模模框（60）中间下部为与楔形槽相连通的安装槽，底模模芯（39）装于安装槽内，底模模芯（39）下端设有密闭舱盖（55）；

当组芯板（15）与楔形槽装配时，进气孔二（71）经冷却通道（75）与排气孔二（49）相连通形成抽气通道，密闭舱盖（55）内腔形成密闭舱室，与压缩空气气源相连的空心管（73）一端与密闭舱盖（55）相连，空心管（73）另一端接于进气孔二（71）。

2.根据权利要求1所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：所述组芯板（15）与底模模框（60）之间设有两个以上导向装置。

3.根据权利要求2所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：导向装置为定位销（50），组芯板（15）上设有与定位销配合的导向孔（14）。

4.根据权利要求1所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：还包括可定位多块组芯板（15）用于旋转组芯以形成多个组芯工装的转台。

5.根据权利要求1所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：组芯板（15）四周开有取件孔，砂芯经砂芯座装于组芯板（15）上。

6.根据权利要求1所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：进气孔一（72）和排气孔一（28）为X方向孔，导向孔（14）为Z方向孔。

7.根据权利要求1所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：密闭舱盖（55）内腔经空心管（73）与进气孔二（71）相连通，空心管（73）内套有小管（70）。

8.根据权利要求1所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：组芯板（15）内还设有用于连接砂芯与密闭舱盖（55）内腔的通孔（27），通孔（27）一端经排气塞（62）与砂芯的砂芯脚连接，通孔（27）另一端与密闭舱盖（55）内腔相连通；通孔（27）为Z方向孔。

9.根据权利要求1所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：底模模芯上固定有燃烧室。

10.根据权利要求1所述的铸造缸盖的装置，其特征在于：组芯板（15）为QT材质的金属组芯板。