產品結構對缸蓋鑄造工藝影響淺析

2022-05-27 01:29:00崔遷義盧彬彬陳國清王洪君劉慶義

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

缸蓋是發動機零部件中的關鍵部件之一。當一個缸蓋產品模型轉化為鑄件時，產品結構對缸蓋鑄造工藝的影響非常大，需要對產品結構進行審查，避免不合理的結構對后期鑄造工藝、模具設計產生不良影響，本文主要針對產品結構對缸蓋鑄造工藝的影響進行分析。

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

缸蓋噴油器有襯套結構在我司開發的柴油機缸蓋中較常見，如圖1 所示。

圖1 噴油器有襯套結構

有襯套結構的優點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，減少鑄造缺陷產生，同時也便于毛坯內腔清理。

有襯套結構的缺點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，則會出現滲漏的問題。

缸蓋噴油器無襯套結構主要應用在我司近幾年開發的新產品缸蓋，如圖2 所示。

圖2 噴油器無襯套結構

無襯套結構的優點是可以將毛坯噴油器處的實心結構直接加工成噴油器孔的最終形狀，且加工后無需壓裝襯套。此結構既可以降低成本，同時，也減小了由于襯套在壓裝過程中密封不好而出現滲漏的問題。

無襯套結構的缺點是噴油器四周砂芯結構相對薄弱，易出現粘砂、燒結等鑄造缺陷，而鑄件噴油器無鑄出毛坯孔，會導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

有襯套結構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，而無襯套結構會導致排氣系統布置受限，有氣孔缺陷的風險；另外，噴油器處為實心，此處為鑄件熱節，如果材質強度要求高時，也比較容易出現縮松等缺陷。

結合兩種結構的優缺點及實際生產、應用情況，建議在缸蓋設計初期考慮采用有襯套結構，能夠避免內腔粘砂等問題而造成的批量質量問題。

目前，柴油機缸蓋推桿孔處結構主要有兩種方式，一種結構是推桿孔通過加工形成；另一種結構為推桿孔直接鑄造形成。兩種結構對鑄造工藝的影響較大，同時也各有優缺點，具體分析如下。

推桿孔加工形成的結構在我司高速柴油機缸蓋中較為常見，推桿孔鑄出留有加工余量的毛坯孔或實心，推桿孔加工形成，先壓裝推桿襯套后再進行推桿裝配，如圖4 所示。

圖4 推桿孔加工形成

推桿孔加工形成的結構優點是鑄件結構簡單容易鑄出，一般不會產生推桿孔裝配干涉的情況。推桿孔加工形成的結構缺點是若鑄件此處為實心結構則易形成熱節，若鑄件材質要求較高時，易產生縮松缺陷。

推桿孔鑄出結構在我司大缸徑柴油機缸蓋中較為常見，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

推桿孔鑄出結構的優點是鑄件壁厚均勻，不易產生鑄造缺陷，推桿孔不用加工及壓裝襯套，可節約成本。

推桿孔鑄出結構的缺點是若推桿孔較大且形狀復雜，尤其應用在大缸徑缸蓋上則需要單獨生產推桿孔芯，再進行組芯。與推桿孔加工形成的結構對比，由于組芯精度、鑄件收縮等多種因素會導致鑄出孔的位置有偏差，后期裝配時容易產生干涉。

根據產品需求，針對推桿孔的不同形成方式采取相對應的工藝設計。

在對缸蓋鑄造工藝性審查時，要避免不合理的結構影響模具分型或鑄造工藝流程設計。

缸蓋產品結構要避免模具設計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，某氣缸蓋水腔內部的斜柱結構，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 斜柱結構

缸蓋產品結構要避免砂芯組裝時出現干涉的情況，例如圖7，某缸蓋的內腔設計出現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行避讓，保證組芯不干涉。

圖7 氣道芯與下水套組芯干涉

除上述因素外，產品結構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；組芯要避免出現砂芯重心不穩、無支撐的情況；水套芯等要避免出現死角、不易清砂的結構；保證足夠的工藝孔用于清砂、定位、支撐以及排氣等問題。

在進行產品鑄造工藝性審查時要充分考慮到產品結構影響工藝設計、模具設計的各類因素，對較復雜的結構采取針對性的解決措施，提高鑄造工藝設計、工裝設計及生產驗證的一次成功率，提高整個產品開發效率的同時要保證產品質量。