發(fā)動機缸體鑄造用冷芯盒及外模結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

張文忠

（寧波高盛模具有限公司，浙江寧波 315000）

1 冷芯盒結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.1 射砂板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

10 L 排量及以上的發(fā)動機缸體芯盒大多是冷芯盒，在這些發(fā)動機中，主體芯通常由一個大的制芯中心制成，一次噴砂容量可以達(dá)到110～130 L，但是一些發(fā)動機由于自身的構(gòu)造所限，導(dǎo)致主體芯重量很大，因此一次噴砂量通常無法達(dá)到要求，所噴出的砂芯大多存在虛砂和空洞等缺陷，在采用修復(fù)劑之前必須先進(jìn)行修復(fù)，這樣不但會降低產(chǎn)量，還會提高制造費用。另外，在澆鑄時，修復(fù)劑容易發(fā)生脫模，造成砂眼缺陷，降低鑄件的品質(zhì)。大部分工廠都會采用兩次噴砂的方法來處理噴砂不均勻的問題，但二次射砂將導(dǎo)致增加制芯時間，從而降低制芯效率。故要解決此類問題，最重要的就是保證一次注砂時所需的砂量滿足要求。針對上述問題，可以將原來的射砂板從平坦式變?yōu)榘及迨降姆椒ǎ簿褪窃诓桓淖兩浒搴穸群烷_模行程的基礎(chǔ)上，通過對射砂板型式進(jìn)行打孔，以增加射砂體積，使一次打孔可以同時滿足單邊打砂要求。

1.2 射砂嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化

當(dāng)噴砂量達(dá)到要求時，若砂芯的品質(zhì)仍較差，則須重新審視射嘴的設(shè)計與布置。許多模具制造商都將射嘴設(shè)計成一種收腰型，以增強射嘴強度，增加射嘴的使用壽命。但是，在實際應(yīng)用中，由于這種形狀的射嘴底部的直徑太小，很可能會造成較大的阻塞，從而降低實際的射砂量，使砂芯無法準(zhǔn)確地射出，同時，射嘴也很容易被堵砂而膨脹損壞。如果加大底部直徑，則射嘴噴射順暢，不容易堵塞，既能確保裝置操作的準(zhǔn)確性，又能確保模頭位置的準(zhǔn)確性。

1.3 側(cè)抽塊密封形式優(yōu)化

在缸體主體芯部，通常都會制作掏砂塊，從而在缸體的底部和頂部都會有一個鏤空的構(gòu)造，這樣不僅能夠減少砂芯的重量，節(jié)省了大量的費用，而且還能在鑄造時對砂芯的排放有所幫助。根據(jù)射砂工藝選擇，很多模具制造商會使用側(cè)面抽拉的設(shè)計，將密封條設(shè)計在側(cè)抽板上，并沿側(cè)抽塊的形狀排列。

在側(cè)抽模塊到芯盒型腔之間有一部分距離使用間隙配合，由于砂子顆粒大小原因，通常間隙設(shè)定為0.1～0.2 mm，防止射砂過程中跑砂。由于合模順序一般為側(cè)模進(jìn)后上模合模，所以為了防止側(cè)模密封條在與上模合模過程中與芯盒側(cè)面發(fā)生摩擦，破環(huán)密封條的密封作用，在側(cè)模和上模配合面做斜面設(shè)計配合，如圖1所示。

1.4 上模底板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了確保射砂位置和保護(hù)射嘴壓盤，在射砂板下部與上模連接板相連接的底部常設(shè)置多個限制件，并通過熱處理使其具有比上模連接板更高的強度和硬度。在長時間的使用過程中，由于受到限位塊的沖擊，上模底部會產(chǎn)生凹陷，從而造成射砂板的下陷，進(jìn)而導(dǎo)致射嘴位置下降，在砂芯的表面會產(chǎn)生射砂坑。而如果射嘴膠頭與芯盒射砂孔作過盈配合，射嘴膠頭低于型腔面，如圖2所示，射砂完成，上頂桿隨形狀預(yù)壓平砂子，使砂芯表面平整符合形狀。

圖2 上模底板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.5 下頂芯板吊桿連接結(jié)構(gòu)優(yōu)化

下頂芯桿安裝在下頂芯板上，既可用于模具開啟后將下模室內(nèi)的砂芯排出，又可用于部分成形。為了確保砂芯的匹配和鑄件的壁厚，頂芯桿調(diào)節(jié)的位置通常應(yīng)該與模具型腔表面平齊，或者高出模腔0～0.5 mm。采用下壓板固定型的推芯桿，在將模具起吊之后，可以很方便地對其進(jìn)行更換。然而，在工作時，很可能會因為緊固螺絲松動而造成壓板沉降，進(jìn)而造成推桿沉降。這樣，就造成了砂心的表層出現(xiàn)了多層的現(xiàn)象，造成了鑄件的薄壁。假如是芯頭的位置，那么就會對砂芯的配合間隙產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致鑄造的尺寸出現(xiàn)問題。針對這一問題，可以在下吊桿設(shè)計法蘭結(jié)構(gòu)或者止轉(zhuǎn)壓板結(jié)構(gòu)，使下頂板到芯盒距離不會因為工作行程發(fā)生改變。

2 下芯夾具結(jié)構(gòu)優(yōu)化

車用發(fā)動機氣缸體這一類復(fù)雜的薄壁鑄鐵件，一般都是在砂型澆鑄生產(chǎn)線上進(jìn)行大規(guī)模的制造，而在其澆鑄的過程中，一個關(guān)鍵的工具，即下芯夾具，不僅要確保多個砂芯組合的尺寸精度，而且還要與生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)速相匹配。另外，下芯夾具的結(jié)構(gòu)在滿足生產(chǎn)工藝要求下，應(yīng)盡可能簡單，可靠，操作方便，制造成本低。現(xiàn)在，許多大型的現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)從原來的自動下芯機改為了工業(yè)機器人下芯機。比起第一個版本，第二個版本的機動性更強，適用范圍也更廣。通過調(diào)整工裝及相關(guān)工序，即可完成各種規(guī)格的下料作業(yè)。在澆注工藝中，澆注的精確度直接關(guān)系到鑄坯的大小，所以澆注的精確度是澆注工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常規(guī)下芯機器人的下芯精度取決于下芯盤的位置、下芯機與沙箱銷釘?shù)亩ㄎ痪取C器人具有最佳的軌跡精度盒重復(fù)定位精度，所以夾頭是下芯精度的保證。如圖3所示。

圖3 原有下芯夾具夾頭

該夾具存在著支承與固定平面相同的問題，當(dāng)砂芯被夾持時，受地心引力的影響，卡盤先受支承；摩擦使圓弧的引導(dǎo)效果大為減弱，或被徹底消除，造成了長軸上不能準(zhǔn)確定位。而若使用如圖4所示的下芯夾具，則其位置與支承面并不在一個平面上，位置的高度低于支承面的0.15～0.2 mm。當(dāng)砂芯被夾緊時，兩頭為圓弧定位表面，而中間為三角引導(dǎo)表面，因其高度稍低于支承表面；這樣就不會受到砂心自重的影響，從而防止由于摩擦而導(dǎo)致的引導(dǎo)動作的失敗，更好地完成砂心的位置。

圖4 優(yōu)化后下芯夾具夾頭

3 外模結(jié)構(gòu)優(yōu)化

外模是一種參與造型、容納砂芯、構(gòu)成鑄造外形的模具。在模具尺寸的確定中，模具與砂心間的空隙的確定非常關(guān)鍵，空隙過大容易引起走火，產(chǎn)生充填不良。如果空隙太小時，很容易出現(xiàn)脫砂現(xiàn)象，從而引起鑄造中的砂眼或由于下心不能到達(dá)所引起的大小問題。鑄件的制造是比較復(fù)雜的工藝，而制芯工藝是最難以控制的，通常會因模頭的損耗或其他因素而引起的砂芯大小的改變，造成了累積的變差，在組芯之后，隨著時間的推移，其大小也會發(fā)生改變。在此基礎(chǔ)上，對模具結(jié)構(gòu)的外模縫隙的設(shè)計有很高的要求。

許多鑄造企業(yè)在模具的后期改造中，在型芯部位發(fā)生了包覆銅片或鐵片的現(xiàn)象，正是因為此偏差造成了空隙不夠。這樣的改動，大多數(shù)情況下都能達(dá)到后續(xù)的加工要求，但是，如果縫隙不適合，就需要拆開再進(jìn)行修改，這樣做不僅不漂亮而且很不方便。

如果模具設(shè)計時做好預(yù)判，將易產(chǎn)生尺寸變化的芯頭位置做成分體或活塊形式，就可以較好地避免該問題的發(fā)生，如圖5所示。

圖5 外模結(jié)構(gòu)優(yōu)化

若在實際鑄造中在空隙不夠的情況下，可提前在外模做調(diào)節(jié)墊塊，從而根據(jù)情況增大空隙。

4 結(jié)束語

上述有關(guān)冷芯盒射板、射嘴、側(cè)抽密封構(gòu)造、上模底板、下頂芯、下芯夾具和外模的優(yōu)化結(jié)構(gòu)之后，可以更加方便地進(jìn)行模具的應(yīng)用和維修，從而極大地提升了模具的壽命，還有利于確保砂芯的品質(zhì)和鑄件的品質(zhì)，值得推廣。