產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對缸蓋鑄造工藝影響淺析

崔遷義，盧彬彬，陳國清，王洪君，劉慶義

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊 261061）

1 引言

缸蓋是發(fā)動機(jī)零部件中的關(guān)鍵部件之一。當(dāng)一個缸蓋產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化為鑄件時，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對缸蓋鑄造工藝的影響非常大，需要對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行審查，避免不合理的結(jié)構(gòu)對后期鑄造工藝、模具設(shè)計(jì)產(chǎn)生不良影響，本文主要針對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對缸蓋鑄造工藝的影響進(jìn)行分析。

2 噴油器結(jié)構(gòu)對鑄造工藝的影響

目前，柴油機(jī)缸蓋噴油器處的結(jié)構(gòu)普遍有兩種方式，一種結(jié)構(gòu)是加工后壓裝噴油器襯套（以下簡稱有襯套結(jié)構(gòu)）；另一種結(jié)構(gòu)是不壓裝噴油器襯套，直接加工出襯套形狀（以下簡稱無襯套結(jié)構(gòu)）。此不同的兩種結(jié)構(gòu)對鑄造工藝的影響較大，同時也各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析如下。

2.1 缸蓋有襯套結(jié)構(gòu)

缸蓋噴油器有襯套結(jié)構(gòu)在我司開發(fā)的柴油機(jī)缸蓋中較常見，如圖1 所示。

圖1 噴油器有襯套結(jié)構(gòu)

有襯套結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以在鑄件的噴油器位置鑄出毛坯孔，此孔可以清砂、方便清理鑄造披縫；同時形成該孔的砂芯在鑄造過程中也可以起到砂芯排氣、定位壓緊等作用，減少鑄造缺陷產(chǎn)生，同時也便于毛坯內(nèi)腔清理。

有襯套結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是加工后需要壓裝噴油器襯套，一般為成本較高的銅襯套，另外，如果襯套在壓裝過程中密封不好，則會出現(xiàn)滲漏的問題。

2.2 缸蓋無襯套結(jié)構(gòu)

缸蓋噴油器無襯套結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在我司近幾年開發(fā)的新產(chǎn)品缸蓋，如圖2 所示。

圖2 噴油器無襯套結(jié)構(gòu)

無襯套結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以將毛坯噴油器處的實(shí)心結(jié)構(gòu)直接加工成噴油器孔的最終形狀，且加工后無需壓裝襯套。此結(jié)構(gòu)既可以降低成本，同時，也減小了由于襯套在壓裝過程中密封不好而出現(xiàn)滲漏的問題。

無襯套結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是噴油器四周砂芯結(jié)構(gòu)相對薄弱，易出現(xiàn)粘砂、燒結(jié)等鑄造缺陷，而鑄件噴油器無鑄出毛坯孔，會導(dǎo)致噴油器附近有粘砂缺陷而無法清理的問題，如圖3 所示。

圖3 噴油器附近粘砂缺陷

有襯套結(jié)構(gòu)的噴油器孔芯在鑄造過程中是一個非常重要的排氣工藝孔，而無襯套結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致排氣系統(tǒng)布置受限，有氣孔缺陷的風(fēng)險；另外，噴油器處為實(shí)心，此處為鑄件熱節(jié)，如果材質(zhì)強(qiáng)度要求高時，也比較容易出現(xiàn)縮松等缺陷。

2.3 分析及建議

結(jié)合兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)際生產(chǎn)、應(yīng)用情況，建議在缸蓋設(shè)計(jì)初期考慮采用有襯套結(jié)構(gòu)，能夠避免內(nèi)腔粘砂等問題而造成的批量質(zhì)量問題。

3 推桿孔結(jié)構(gòu)對鑄造工藝影響

目前，柴油機(jī)缸蓋推桿孔處結(jié)構(gòu)主要有兩種方式，一種結(jié)構(gòu)是推桿孔通過加工形成；另一種結(jié)構(gòu)為推桿孔直接鑄造形成。兩種結(jié)構(gòu)對鑄造工藝的影響較大，同時也各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析如下。

3.1 推桿孔加工形成

推桿孔加工形成的結(jié)構(gòu)在我司高速柴油機(jī)缸蓋中較為常見，推桿孔鑄出留有加工余量的毛坯孔或?qū)嵭模茥U孔加工形成，先壓裝推桿襯套后再進(jìn)行推桿裝配，如圖4 所示。

圖4 推桿孔加工形成

推桿孔加工形成的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是鑄件結(jié)構(gòu)簡單容易鑄出，一般不會產(chǎn)生推桿孔裝配干涉的情況。推桿孔加工形成的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是若鑄件此處為實(shí)心結(jié)構(gòu)則易形成熱節(jié)，若鑄件材質(zhì)要求較高時，易產(chǎn)生縮松缺陷。

3.2 推桿孔鑄出結(jié)構(gòu)

推桿孔鑄出結(jié)構(gòu)在我司大缸徑柴油機(jī)缸蓋中較為常見，推桿孔直接鑄出不加工，后期直接裝配推桿，如圖5 所示。

圖5 推桿孔鑄造形成

推桿孔鑄出結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是鑄件壁厚均勻，不易產(chǎn)生鑄造缺陷，推桿孔不用加工及壓裝襯套，可節(jié)約成本。

推桿孔鑄出結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是若推桿孔較大且形狀復(fù)雜，尤其應(yīng)用在大缸徑缸蓋上則需要單獨(dú)生產(chǎn)推桿孔芯，再進(jìn)行組芯。與推桿孔加工形成的結(jié)構(gòu)對比，由于組芯精度、鑄件收縮等多種因素會導(dǎo)致鑄出孔的位置有偏差，后期裝配時容易產(chǎn)生干涉。

3.3 分析及建議

根據(jù)產(chǎn)品需求，針對推桿孔的不同形成方式采取相對應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)。

4 不合理結(jié)構(gòu)對工藝、模具設(shè)計(jì)的影響

在對缸蓋鑄造工藝性審查時，要避免不合理的結(jié)構(gòu)影響模具分型或鑄造工藝流程設(shè)計(jì)。

4.1 能實(shí)現(xiàn)模具開模

缸蓋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要避免模具設(shè)計(jì)時有尖角或分型時高度差較大且形狀薄弱的情況。例如圖6，某氣缸蓋水腔內(nèi)部的斜柱結(jié)構(gòu)，在制作水套芯時此處斜柱斜度較大，砂芯模具分型時會形成尖角，可以在斜柱兩端位置補(bǔ)正形狀，便于分型，同時也增大分型后模具間配合面積。

圖6 斜柱結(jié)構(gòu)

4.2 能實(shí)現(xiàn)組芯工藝

缸蓋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要避免砂芯組裝時出現(xiàn)干涉的情況，例如圖7，某缸蓋的內(nèi)腔設(shè)計(jì)出現(xiàn)了氣道芯和下水套芯組芯干涉的情況，則要修改水套或者氣道的形狀進(jìn)行避讓，保證組芯不干涉。

圖7 氣道芯與下水套組芯干涉

4.3 其他常見的影響因素

除上述因素外，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還存在諸多影響鑄造工藝的常見因素。如缸蓋要盡量保證壁厚均勻；組芯要避免出現(xiàn)砂芯重心不穩(wěn)、無支撐的情況；水套芯等要避免出現(xiàn)死角、不易清砂的結(jié)構(gòu)；保證足夠的工藝孔用于清砂、定位、支撐以及排氣等問題。

5 結(jié)束語

在進(jìn)行產(chǎn)品鑄造工藝性審查時要充分考慮到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)的各類因素，對較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)采取針對性的解決措施，提高鑄造工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)驗(yàn)證的一次成功率，提高整個產(chǎn)品開發(fā)效率的同時要保證產(chǎn)品質(zhì)量。