四缸乘用車柴油發動機油底殼無模快速制造技術的研究

楊 基

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西玉林537005）

四缸乘用車柴油發動機油底殼無模快速制造技術的研究

楊 基

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西玉林537005）

目前，公司四缸乘用車柴油發動機油底殼材料為鑄鋁，其傳統的試制方法是開發簡易的壓鑄模或者手工模進行試制，以驗證其產品的性能，存在試制周期長、成本高、反復試模和修模等缺點，嚴重制約了公司新產品的開發效率。本文以玉柴YC4Y四缸乘用車柴油發動機油底殼為研究對象，采用無模快速制造技術，對油底殼的砂型進行了設計及加工，并對加工出來的砂型進行組裝、合箱以及澆注。整個過程耗時短，鑄件質量好，實現了砂型的數字化和無模化，降低了公司新品試制成本，縮短了新產品的開發周期。

柴油發動機；油底殼；無模快速制造技術

目前柴油發動機生產企業之間的競爭非常激烈，面對激烈的市場和苛刻的客戶的不同需求，企業必須通過技術創新和降低成本以提高自身的競爭力。降低新產品的前期開發成本及周期就是其中的一種。據統計，我國新產品的平均開發周期為18個月，產品的生命周期為10.5年。而美國1990年已實現“3個3”，即產品的生命周期為3年，產品的試制周期為3個月，產品的設計周期為3周。因此，制造企業要想在21世紀求得生存和發展，就必須面對這一新的形勢，不斷研究或引進新的技術。

快速成型技術是上世紀九十年代發展起來的一項先進制造技術，是為制造業企業新產品開發服務的一項關鍵共性技術，對促進企業產品創新、縮短新產品開發周期、提高產品競爭力有積極的推動作用。自該技術問世以來，已經在發達國家的制造業中得到了廣泛應用，并由此產生一個新興的技術領域。

近年來，隨著無模快速制造技術的快速發展及應用，其制造鑄件的尺寸精度和表面質量均有較大提高，無模快速制造技術已發展成為企業新品試制的重要手段[1]。相對于傳統簡易壓鑄模或者手工模試制，無模快速制造技術具有制造周期短、成本低及可制造任意復雜形狀鑄件砂型等優點。本文以玉柴YC4Y四缸乘用車油底殼為研究對象，采用無模快速制造技術，對油底殼的砂型進行了設計及加工，并對加工出來的砂型進行組裝、合箱以及澆注，耗時短，鑄件質量好，實現了砂型的數字化和無模化，降低了公司新品試制成本，縮短了新產品的開發周期。

1 YC4Y油底殼無模鑄造工藝設計

1.1 YC4Y油底殼產品分析

玉柴YC4Y四缸乘用車柴油發動機油底殼產品特點如圖1、2所示，產品材料：AlSi9Cu3鋁合金；產品尺寸：432 mm×282 mm×201 mm；產品平均壁厚：4 mm，產品重量：2.9 kg；屬于壁薄、型腔深、平面大的板狀結構；底部出油口及上端面一周的搭子局部比較厚實，容易出現縮松等鑄造缺陷[2]。

圖1 YC4Y油底殼三維模型

圖2 YC4Y油底殼三維模型剖視圖

1.2 YC4Y油底殼鑄造工藝設計

根據YC4Y油底殼產品的結構特點及材料，本鑄件采用重力鑄造，其澆注系統為頂注式并在三面設置有內澆口，以增加充型速度[3]。根據數字化無模鑄造精密成形機的加工范圍和砂型的結構特點，將砂型分為上外型、下外型以及澆口杯三部分。其中上、下外型均設計有合箱定位用的定位榫頭以及搬運過程中用到的芯骨架。另外，油底殼鑄件毛坯厚實處設置有冷鐵，上外型設置有排氣孔。YC4Y油底殼鑄造工藝三維模型如圖3所示。

2 YC4Y油底殼砂型加工

根據YC4Y飛輪殼各砂型的特點，上外型、下外型以及澆口杯均可在數字化無模鑄造精密成形機上一次裝夾加工成型，無需二次裝夾及翻轉。利用U－nigraphics NX軟件分別對各砂型模型進行編程、模擬，然后對各程序進行優化、后處理[4]。油底殼砂型加工刀具路徑如圖4所示。

圖4 油底殼砂型加工刀具路徑

利用數字化無模鑄造精密成形機，砂型加工時間短，上、下外型平均加工時間為5 h.此外，其加工出來的砂型尺寸精度高，砂型表面質量好，加工后的砂型實物如圖5所示。

圖5 油底殼砂型實物

3 YC4Y油底殼合箱及澆注

各砂型經過數字化無模鑄造精密成形機加工后，可依次對下外型、上外型、澆口杯進行組裝、合箱，最后進行澆注。合箱如圖6所示。

4 YC4Y油底殼試制結果

待澆注后的鑄件成型凝固后，即可對鑄件進行開箱、清砂、去澆注系統、噴砂等處理。本次試制的YC4Y油底殼毛坯外觀良好，輪廓清晰，不變形，鑄件尺寸精度達標。毛坯解剖發現，鑄件無氣孔、夾渣等鑄造缺陷，壁厚均勻。成品經試漏合格，各項指標滿足產品的各項技術要求。油底殼毛坯實物如圖7所示。

圖7 油底殼毛坯實物

5 YC4Y油底殼試制過程的更改

在YC4Y油底殼試制的過程中，產品進行了兩次更改。一次是取消油底殼上端面3處過釘孔搭子，一次是加大油底殼下端面出油孔的直徑。此外，鑄造工藝也進行了一次更改，主要是根據首件鑄件試制情況而加大了內澆口截面。在整個試制過程中，雖然產品及鑄造工藝都進行了數次更改，但其更改對整個試制周期及成本影響不是很大，因為從產品更改到鑄造工藝更改，再到加工程序更改，均不涉及到壓鑄模具或者手工模具的更改和調試，避免了多次試模和修模，節約了新產品的試制成本，提高了新品的開發效率。油底殼解剖實物圖如圖8所示。

圖8 油底殼解剖實物圖

6 結束語

綜上所述，采用無模快速制造技術，利用數字化無模鑄造精密成形機，對玉柴YC4Y四缸乘用車柴油發動機油底殼的砂型進行了設計及加工，并對加工出來的砂型進行組裝、合箱以及澆注，這個過程耗時短，鑄件質量好，實現了砂型的數字化和無模化，降低了公司新品試制成本，縮短了新產品的開發周期，能夠最大限度地幫助企業快速搶占市場。

[1]單忠德，戰麗，董曉麗.無模鑄型的數字化快速鑄造技術新進展[C].2007年中國機械工程學會，2007，11：89.

[2]李弘英，趙成志編著.鑄造工藝設計[M].北京：機械工藝出版社，2005.

[3]劉豐，單忠德，李柳，等.大型薄壁殼體件無模鑄造技術研究[J].鑄造技術，2013，34（10）：1324-1326.

[4]楊偉偉，劉德平，高建設.數控銑削進度可靠性分析[J].機械設計與制造，2012（3）：15-17.

The Research on Rapid Manufacturing Technology W ithout Pattern of Four-cylinder Passenger Car DieselEngine OilPan

YANG Ji
（GuangXi YuchaiMachinery Co.，Ltd.，Yulin Guangxi 537005，China）

At present，thematerial of our company four-cylinder passenger car diesel engine oil pan is aluminum，and the traditional production method of oil pan is to develop simple die or manual mode for trial production to verify the performance of products，with the shortcomings of long production cycle，high cost，testing and repairing the die again and again etc.，severely restricted the development efficiency of our company’s new product. Based on the oil pan of Yuchai YC4Y four-cylinder passenger car diesel engine as the research object，this paper adopts rapid manufacturing technology without pattern，on the oil pan of sand mold design and processing，and the processing of sand mold assembly，tanks and pouring.The whole process takes a short，with good casting quality，has realized digital and nomodeling of sand mold，reduces the cost of the company new product trial production，and shortens the development cycle of new products.

diesel engine；oil pan；rapid manufacturing technology without pattern

TK426

A

1672-545X（2017）04-0020-04

2017-01-13

楊基（1984-），男，廣西玉林人，本科，工程師，研究方向：模具設計、鑄造工藝設計、無模快速制造設計。