4J缸体铸造工艺设计及优化.pdf

34中国铸造装备与技术 5 ∕ 2017生产技术 Production Techniques4J缸体铸造工艺设计及优化高波，梁加芳，郝政晔，郑翠华（一拖（洛阳）铸造有限公司,河南洛阳 471004）摘要： 主要介绍了新产品 4J 缸体产品结构及特点，结合一拖（洛阳）铸造有限公司其他产品经验，在设计此产品过程中采取的新的思路，新的方式解决原有产品常出现的问题，主要包括整体设计、涡轮的生产方式设计、挺杆室设计优化以及套头装配方式的设计。关键词： 缸体；铸造工艺；设计优化中图分类号：TG242.7；文献标识码：A；文章编号 :1006-9658（2017）05-0034-03DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2017.05. 011 收稿日期 :2017-05-08稿件编号 :1705-1781作者简介：高波（1984—），工程师，主要从事铸造工艺设计新材料及新工艺的试验和应用工作研究 .0 引言4J 缸体是一拖（洛阳）铸造有限公司给上海某柴油机公司提供的发动机缸体铸件，是由该公司自主设计的新型发动机缸体机型。此铸件为涡轮增压的 4 缸缸体，主要应用于小型客车发动机内。此缸体在设计过程中采取了较多的有别与现有产品新的方式。1 工艺整体生产方式的设计[1]4J 缸体（如图 1、图 2），从缸体整体分析，铸造设计过程中主要分为以下几种砂芯：主体、水套、油道、涡轮涡壳、挺杆室等几种砂芯。图 1 4J 缸体上表面图 2 4J 缸体下表面首先需要对 4J 缸体上下型方案进行设计。4J 缸体结构与本公司原有产品 YS6012 缸体产品结构相近，借鉴此产品前期出现的问题，在设计4J 缸体时要尽可能避免出现同样的问题。YS6102 缸 体（ 图 3、图 4）在生产过程中，涡壳、涡轮采用在上箱将芯子下到砂芯上面的。图 3 YS6102 缸体上表面图 5、图 6 为组芯照片。生产流程首先将涡壳、涡轮芯粘到侧板上，其次再与主体芯装配到一起，最后将窗口芯放到涡轮芯上，此种装配方式与工艺万方数据35 中国铸造装备与技术 5 ∕ 2017 Production Techniques 生产技术方式弊端较多，主要如下：图 4 YS6102 缸体上表面图 5 YS6102 缸体砂芯装配 1 图 6 YS6102 缸体砂芯装配 2首先涡壳芯与涡轮芯装配方式，装配过程中容易粘不到或粘不牢到侧板上导致砂芯掉或偏，在转运过程中容易磕碰。并且在与主体、窗口芯组芯过程中经常发生涡轮芯断裂现象，铸件毛坯也经常出现由于涡轮断裂导致铸件报废，并且比例较大。其次将涡轮放到上箱的工艺，在浇注过程中产生的气体较大，对产生气孔缺陷的倾向比较大，在正常生产过程中此产品主要废品缺陷就是气孔，每年由于气孔报废的铸件比例高达 20% 以上。所以在设计 4J 缸体的初期要求将涡轮放到砂芯的下箱，将挺杆室放到砂芯的上箱即放到主体芯和套头芯上。下芯方式如图 7、图 8 所示。2 挺杆室与主体芯方式装配的优化设计[2]通过整体下芯的工艺方式后，对挺杆室如何下芯就作为设计的重点，如果设计不好，容易出现气孔、挺杆室断以及生产制造困难等一系列后续无法解决的问题。图 7 4J 缸体涡轮、涡壳下芯方式 图 8 4J 缸体挺杆室下芯方式设计过程中，由于挺注孔有三个透孔，所以要把三个透孔全部设计出来，并且将三处连接起来并在装配中插入主体芯内，在另一侧与套头配合放置，芯子如图 9、图 10 所示。图 9 挺杆室设计图 10 挺杆室装配万方数据36中国铸造装备与技术 5 ∕ 2017生产技术 Production Techniques此种设计方式可以减少对孔的初加工工序。但在生产过程中，两侧的小挺注孔生产中无法制造出来，在射砂过程中此处不能全部射满，导致废芯率非常高，在对排气系统以及射砂压力进行调整后，废芯率还是居高不下并且也影响正常调试生产。对于此问题对挺杆室进行优化，将两侧透孔在铸造工艺上去除，改为加工孔，相应地将与主体配合的两处芯头去掉，与主体配合部位变小。修改后挺杆室生产正常，现场生产班产可以达到 150 模。图 11 为更改后的结构。图 11 挺杆室更改后结构3 套头芯与主体芯配合的工艺设计[3]4J 缸体套头与主体侧板配合结构进行了新的设计。本公司现有缸体套头和主体侧板配合后，为了防止粘铁，在装配完后在芯头上挤上泥条，首先是为了防止铁液钻出而造成排气孔堵塞造成气孔和铁液不足等问题的出现，其次防止铁液流出砂箱造成砂箱积铁，图 12 所示。4J 缸体在设计过程中为了解决此问题，在配合部位增加一处平台，给铁液流向制造出一处转弯，在不用挤泥条的情况下，铁液也不会流出去。不但减少以上问题，而且减少职工劳动量，图 13 所示。图 12 套头芯与主体侧板配合方式图 13 挺杆室与主体侧板优化后的配合方式通过前期的设计、优化，现此 4J 缸体已经正常批量生产，班产量可达 300 件，废品率在 5% 以内。4 小结铸造生产，产品最初的设计非常重要，生产过程中所有的过程都需要考虑到位。设计过程中考虑不够全面一方面会造成现场生产效率低下，职工操作困难；另一方面造成产品砂芯报废以及铸件不良品和废品，对成本影响较大，甚至由于设计不成熟会造成无法生产的局面。参考文献[1] 谢明师 . 铸造手册：造型材料（第四卷）. 北京 : 机械工业出版社，1994.[2] 张绪国，宋君亮，李朝峰，等 . 干式四缸体铸造工艺改进 [ J]. 铸造技术，2012,33（1）:90-93. [3] 王文清，李魁盛 . 铸造工艺学 [ M]. 北京：机械工业出版社，1998.Design and optimization of casting process for 4J cylinder blockGao Bo， LIANG JiaFang， HAO ZhengYe， ZHENG CuiHua （YTO Casting Co.,Ltd.，Luoyang 471004，Henan，China）Abstract: This paper introduces a new product 4J cylinder product structure and characteristics.Combined with the company’s other products experience, taking the design of this product in the process of new ideas, new ways to solve the original product problems, including the overall design, the production mode of turbine design and optimization design of tappet chamber and sleeve head assembly way. Keywords: cylinder block； casting process design optimization万方数据