发动机缸体模具设计.pdf

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1、发动机缸体模具设计姜俊侠1 刘 白1 吴志超2 陈立亮2(1.深圳信息职业技术学院信息控制与制造系;2.华中科技大学材料科学与工程学院)摘 要 发动机缸体作为发动机中最重要的部件之一,其尺寸较大、结构复杂、壁厚较薄且很不均匀(最薄处仅为35mm),同时其工艺范围狭窄,影响因素众多,是典型难以成形的复杂铸件,因此比较适合于采用消失模铸造生产。在发动机缸体的模具设计中,考虑产品的特点和后续生产的便利性,结合消失模模具本身的特点,设计出结构合理的模具,有利于提高产品的合格率和综合性能。关键词 消失模;发动机缸体;模具中图分类号 TG249.6;TG241 文献标志码 A 文章编号 1001-2249

2、(2010)01-0094-03DOI:10.3870/tzzz.2010.01.028 消失模铸造的特点决定了它比较适合于缸体铸件生产。美国通用公司和意大利菲亚特公司最先采用全自动消失模铸造生产线,实现了铝合金缸体的批量生产。安徽全椒柴油机厂和重庆南川天宝公司进行了铸铁缸体的小批量生产,但与国外先进水平差距明显。因此,研究发动机缸体的消失模铸造技术具有较高的实用价值。模具设计是消失模铸造技术的核心,发动机缸体模具工作流程见图11。图1 模具工作流程图1 缸体的分片设计发动机缸体的消失模泡沫模型的结构非常复杂,在生产过程中很难一次发泡成型。参照缸体的结构特点和消失模铸造工艺特点,须将缸体泡沫模

3、型分片处理,并对每一个模片进行结构工艺设计以利于发泡成型。泡沫模型分片数量及模片结构工艺设计的优劣直接关系缸体品质和消失模铸造的生产效率。根据消失模铸造生产经验,泡沫模型分片应遵循以下原则:在能满足大批量生产的工艺条件下,模型切片的数量越少越好;在满足产品使用性能的前提下,分型线在零件的非加工面上出现的机会越少越好。欧美国家在分片方案上多采用自缸盖结合面至油底壳面水平切分(包括“V”型和直列式缸体)的方式(见图2),这种分型方案的优点是有利于实现自动化大批量生产,且胶合线互不干涉,胶合质量有保证;不足之处是胶合线较多且大部分分布在非加工面上,外观的整体美感不及普通砂型铸件。以日本为代表的外形整

4、体制模内部镶嵌缸套式工艺,见图3。外形整体制模内部镶嵌缸套式工艺分型方案的优点是主体模型的刚性好,外形美观,用胶量小,尺寸精度高,缸套单独制模减小了模片的发泡成型难度。不足之处是缸套模片与外形整体模片胶合时在竖直方向上出现了贴合面,完全依靠机械化操作不能保证胶合质量,必须用人工补胶的手段来配合,这既降低了生产效率又给质量的稳定性带来了隐患。国内是水平分型与竖直分型相结合工艺方法,见图4。水平分型与竖直分型相结合工艺分型方案的优点是既保证了曲轴箱的原始结构设计不变又减轻了零部件的质量(见图5)。曲轴箱内腔有密布的强化筋条和强化幅板,这些结构用普通砂型铸造的工艺是容易实现的,而用消失模成型工艺采取

5、竖直方向起模却无法达到顺利脱模的目的。如果采用图4所示的分型方案,就可将产品竖直方向的结构按照水平制模工艺来发泡成型收稿日期:2009208217;修改稿收到日期:2009210211基金项目:广东省自然科学基金资助项目(8151802904000001)第一作者简介:姜俊侠,男,1976年出生,讲师,深圳信息职业技术学院信息控制与制造系,广东省深圳市泥岗西路1068号(518029),电话:0755-25859171,E-mail:xiajjno1 参 考 文 献1 董明水,孙爱俊,迟永祥,等.CuCoBeTiZr合金强化工艺与组织和性能研究J.金属热处理,2003,28(8):23227.

6、2 吕秀芬.热处理工艺对NiCoBe合金性能的影响J.金属热处理,1998,23(3):12224.3 刘技文,王子元.新型高导电Be2Ni2Cu合金性能研究J.金属热处理,1996,21(1):39241.4 韩继成.铍青铜的热处理与常见缺陷的分析和补救对策J.机械工艺师,2001(3):41244.(编辑:刘 卫)49消失模铸造特种铸造及有色合金 2010年第30卷第1期图2 水平分型图图3 整体制模与镶嵌缸套工艺了,铸件的质量不额外增加,又实现了泡沫模片制模的自动化,能够满足大批量生产的需要。不足之处是水平胶合线与竖直胶合线有交叉,容易在此处出现胶合不良现象,补救办法是先人工检查再涂敷密

7、封胶2。图4 水平分型与竖直分型相结合的工艺图5 砂型铸造曲轴箱结构图本课题采用水平分型与竖直分型相结合的工艺对图6所示发动机缸体进行分片处理。分片主要原则是将曲轴箱和缸筒部分作为整体制作以保证精度,模片在胶合前安置树脂砂芯。按照分片的普遍准则和实际经验,将汽缸体分解成ag共7个模片,见图7。缸体g片作为发动机工作件,必须保证其尺寸精确,定位准确,降低制造尺寸加工误差,确保活塞和曲轴运动的平稳性,将缸体和曲轴箱连接作为一个整体铸造,如此分片确保活塞在运动中和曲轴运动保持一致,保证了发动机主工作件的协调,在后续的产品调试中,减少活塞和曲轴与缸体协调调试的工作量,降低发动机工作的噪音,提高产品的质

8、量和使用寿命3。图6 发动机缸体整体图图7 水平分型与竖直分型相结合工艺为了保证缸体的顺利起模,将冷却水套b作为一个单独分片,位于冷却水套上的模片c和侧面的模片f是为了方便冷却水套的单独铸出,虽然增加了两套模具,但是降低了缸体生产的难度,提高了缸体的生产效率。主油道孔系的结构特点是中间截面相对两端端口截面大,而且结构复杂,用消失模直接铸出难度非常大,所以,将缸体两侧的主油道孔系a、d沿平行于4个汽缸体中轴线的平行线剖分,将主油道孔系一分为二,铸造时可以考虑设置砂芯,就比较容易铸出合格的铸件。e模片的分法类似于a、d模片,因为其内腔复杂且不规则,直接铸出,砂箱造型的时候比较困难,而且不能保证填砂

9、紧实。所以分成单独的模片,采用砂芯,确保造型时内腔紧实,避免因为填砂不紧实而出现塌箱。2 发动机缸体模具设计模具的三维设计是利用U G软件CAD模块,依据模具的工艺和产品的毛坯三维模型,通过分型拆模,获得模具型芯、型腔、滑块、镶块等,与标准或非标准零件进行装配,并进行结构、运动、干涉检查、成型分析等,最后通过制造获得模具4。在模具三维设计过程中,关键是分模成型特征表面的形成,因为其他特征简单,可方便解决。下面以图7中模片g为例分析消失模模具的设计。因为模片g比较复杂(见图8),生产泡沫模样必须使用很多抽芯,为了方便取出泡沫模样,需要六向开模,模腔内模样经过冷却定型后方可脱模顶出。常用的方法有两

10、种:一种是压缩空气顶出法,借助压缩空气对准模具上的透气塞将模样吹出,或者将模具放入水中,借59发动机缸体模具设计 姜俊侠 等图8 模片g模具爆炸图助水的浮力,将模样从模具中取出。必要时,还可设计负压吸嘴或吸盘,将泡沫模样从模具中取出。本课题采用的方法是使用压缩空气吹出模样。3 模具调试消失模模具从设计到定型至少需要3次试模,在试模的过程中如果发现问题,可以进行改进5。在发动机缸体模具的试模过程中,发现泡沫模样出现充填不满、不均和不紧实的情况,见图9。图9a图9d是典型的充填不满,图9e、图9f则是因为充填不均匀或者充填不紧实出现的问题。模具厂射料采用的是一种压力式加料罐,可大大改善薄壁件和结构

11、较为复杂模具的物料充填效果。射料方式采用水平入射,其中五副模具采用了两个射料孔,但是在射料过程不是两把射料枪同时进行,而是打完一(a)充型不满1(b)充型不满2(c)充型不满3(d)充型不满4(e)充填不均匀(f)充填不紧实图9 发泡成型的残次品枪再打第二枪。虽然射料过程采用了合模留缝的方法,但是部分模具仍出现充填不满、不均匀和不紧实的情况。经过对射料结果的多次分析,发现在复杂模具薄壁区和模具的边角处,特别是有肋板,或加强筋的地方,充填效果比较差,泡沫颗粒在型腔内流动受排气塞影响比较严重,出现问题的位置大都是无排气塞或者具有少量排气塞,两把料枪不能同时射料,也有一定影响。当把模具厚实位置镂空(

12、见图9f),并在该位置合理地设置适量的排气塞,在射料时采用合模留缝的方法,充填可达到令人满意的效果,此时,两把料枪不同时射料,对射料充填效果的影响几乎可以忽略。4 结论(1)发动机缸体必须分片制取泡沫模样,合理的分片是获得优质铸件的关键。采用水平分型与竖直分型相结合工艺既保证了曲轴箱的原始结构设计不变又减轻了零部件的质量。(2)利用U G软件CAD模块完成新型发动机缸体零件发泡模具设计。从泡沫成型、方便制造等角度,完成发泡模具结构的优化设计。参 考 文 献1 黄乃瑜,叶升平,樊自田.消失模铸造原理及质量控制 M.武汉:华中科技大学出版社,2004.2 王新节.汽车发动机缸体缸盖消失模铸造技术的

13、研究与应用J.铸造,2007,56(2):53257.3 冯爱辉.CAD技术在BFL柴油机缸体模具上的应用J.CAD/CAM与制造业信息化,2005(3):74276.4 周恕毅,王杰,王玫.基于UG的汽车发动机缸体三维建模的研究J.机械制造与研究,2008,35(5):17219.5 黄政.汽车发动机缸体的铸造工艺J.铸造,2008,57(10):1 07821 080.(编辑:栗万仲)2009中国国际镍钴工业年会在广州召开2009年11月17日,2009中国国际镍钴工业年会在广州召开,参加代表共计700余人,规模盛大。本届年会就全球普遍关心的话题进行了深入探讨和交流,重点讨论了金融危机背景

14、下全球镍钴市场,尤其是中国镍钴市场的演变,同时交流了全球镍钴新项目的进展情况等。年会还就镍钴的上下游产业如不锈钢、电镀、电池行业的动态变化进行了分析。(摘自 世界有色金属2009年第12期)69特种铸造及有色合金 2010年第30卷第1期of more effective refinement of primary Al phase andmore full modification of eutectic Si phase.A356 alloycontaining high Si and Mg element exhibits more sen2sitive to refinement an

15、d modification,tensile strengthand elongation of T6 treated alloy reach up to 320MPaand 8.0%,respectively,increased by 18.6%and by35.6%,respectively,compared with those of T6 trea2ted alloy with low Si and Mg element.Key Words:A356 Alloy,Constituent Adjustment,Allo2ying Element,Mechanical Properties

16、Failure Origination and Countermeasures of BerylliumBronze forMouldZhangGuojun,ZhouShuijun(XinyuChangchengCopperProductDevelopmentCo.,Ltd.,Xinyu,China)2010,30(1)00920094Abstract Failure origination of beryllium bronze for e2lectronic trade,die casting punch and precision injec2tion was described by

17、analyzing difference of micro2structure of various beryllium bronzes based on equi2librium diagram,and countermeasures were presen2ted.Through adjusting constituent in the berylliumbronze,controlling key processes including meltingtechnology,melting process,heating technology andheat treatment,and a

18、nalyzing chemical composition inthe ingot by XRD(X2ray diffraction)to ensure com2position in a permissible range,the qualified berylliumbronze with high properties was successfully pre2pared.Key Words:Beryllium Bronze,Mould,Failure Origina2tionMould Design of Engine Cylinder Jiang J unxia1,LiuBai1,W

19、u Zhichao2,Chen Liliang2(1.Department ofInformation Control and Manufacturing,Shenzhen In2stitute of Information Technology,Shenzhen,China;2.School of Materials Science and Engineering,Hua2zhong University of Science and Technology,Wuhan,China)2010,30(1)00940096Abstract Engine cylinder,as one of the

20、 key parts forthe engine,is a typical difficult2forming complicatedpart,which exhibits the feature not only larger size,complex structure,thin wall with un2even thicknessbut also narrow processing method and many influen2cing factors,so it is suitable for production by LFC(lost foam casting).Mould d

21、esign is a key procedurein producing engine cylinder.The desirable design cannot only reduce the requirements for production condi2tions,but also improve the qualified rate and compre2hensive performance of the parts.The mould for LFCengine cylinder with excellent structure was designedby considerin

22、g the features of the parts and conven2ience of next2manufacturing combining with the char2acteristics of LFC mould,which is beneficial for im2proving the qualified rate and comprehensive perform2ance of the cylinder.Key Words:LFC,Engine Cylinder,MouldSponsors:Foundry Institution of Chinese Mechani2

23、cal Engineering SocietyEditor in Chief:Yuan ZhenguoPublisher:Journal Agency ofSpecial Casting&Nonferrous AlloysAddress:Unite 22401,Block 1,Qianxiyuan,Wansongyuan Road,Hankou,Wuhan,Hubei Province of P.R.CT el:008622728535820685486024Fax:0086227285358127E2mail:tzzz http:/http:/http:/OverseasDistributor:ChinaInternationalBookTrading Corporation(P.O.Box 399.Bei2jing China)CodeNo:BM6644(ISSN100122249/CODEN:TZJ HEE)Start Publication:1980