林 琳

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西玉林 537005）

柴油機(jī)氣缸蓋射水道芯的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

林 琳

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西玉林 537005）

通過(guò)改進(jìn)缸蓋射水道制造結(jié)構(gòu)，用砂芯直接鑄出缸蓋射水道取代預(yù)埋彎管，極大地提高了產(chǎn)品的內(nèi)腔砂芯制芯效率和鑄件質(zhì)量。

氣缸蓋；水道；彎管；砂芯；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

D30氣缸蓋是玉柴機(jī)器股份有限公司鑄造廠缸蓋車間4缸機(jī)缸蓋產(chǎn)量較大的機(jī)型之一，產(chǎn)品內(nèi)腔復(fù)雜，質(zhì)量要求高，其內(nèi)部空間緊湊而且有很多復(fù)雜的曲面和不規(guī)則孔道，鑄造質(zhì)量較難控制。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以看出其最突出的特點(diǎn)是，水道芯沒(méi)有與底盤(pán)砂芯連接的水孔砂芯，在產(chǎn)品定型的初期水道芯使用特種覆膜砂制造，在砂芯制作過(guò)程中，把成形的鑄鐵彎管預(yù)埋到砂芯中，再經(jīng)過(guò)一些特殊處理后，用于生產(chǎn)鑄件。此種方法需要耗費(fèi)較大的人力物力，同時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。本文將針對(duì)此情況對(duì)氣缸蓋射水道的制作方法和相關(guān)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行探討分析。

1 原鑄造工藝及存在問(wèn)題

1.1 下水道芯制芯工藝及鑄件生產(chǎn)過(guò)程

在制取下水道芯之前，人工先把芯砂塞入銅彎管（見(jiàn)圖1）中，塞芯砂過(guò)程中要確保完全填充彎管，滴入催化劑三乙胺使其固化，再上烤爐烘烤去其水分，隨后將彎管埋入待射芯的熱芯盒模具相應(yīng)位置中射芯；在修芯過(guò)程中，用刷子把彎管外露部分粘上的芯砂等雜物刷干凈（見(jiàn)圖2），保證銅彎管的清潔度，然后用生料帶完全包裹彎管外露部分，避免砂芯浸涂后涂料與銅彎管接觸；組芯、整體浸涂、烘烤后再人工將生料帶去除干凈，造型下芯，澆注。

1.2 鑄造過(guò)程中存在問(wèn)題及分析

圖1 射芯前在模具上預(yù)埋銅彎管

圖2 D30C缸蓋下水道芯

①塞彎管、烘烤、射芯、清理彎管、纏生料帶、除生料帶等均需要大量的人工操作完成，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；②由于芯砂問(wèn)題或人為塞彎管不緊實(shí)容易導(dǎo)致澆注后彎管處燒結(jié)，大大增加清理工作量甚至導(dǎo)致鑄件報(bào)廢（見(jiàn)圖3）；③水分烘烤不充分容易出現(xiàn)氣孔；④纏生料帶前彎管處雜物未完全清理干凈，可能導(dǎo)致鐵液與銅彎管熔合不好，彎管處出現(xiàn)裂紋、氣孔等；⑤纏生料帶過(guò)長(zhǎng)或人工除生料帶時(shí)未完全清理干凈，部分生料帶粘附在氣道砂芯上，影響氣道性能導(dǎo)致鑄件報(bào)廢；⑥成本大，無(wú)論是彎管成本還是人工成本，對(duì)于大批量生產(chǎn)的D30C缸蓋來(lái)說(shuō)都是巨大的。

2 工藝改進(jìn)思路

原工藝生產(chǎn)的下水道芯所存在的缺陷，如能在保證缸蓋內(nèi)腔性能不變的情況下取消預(yù)埋彎管這一工序，改為由砂芯直接鑄出，一方面實(shí)現(xiàn)了不能采用自動(dòng)化生產(chǎn)的產(chǎn)品提升為可采用自動(dòng)化生產(chǎn)，同時(shí)也可以大大地節(jié)省成型彎管材料的使用，可以大幅度降低生產(chǎn)成本，另一方面減少由于銅彎管引起的相關(guān)問(wèn)題造成的廢品，有效降低廢品率。

使用生產(chǎn)效率高、節(jié)能、低污染的冷芯盒工藝代替耗能高、成本高的熱芯盒工藝，在能源節(jié)約方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)制芯員工的工作環(huán)境也是一個(gè)大改善。

圖3 鑄件彎管燒結(jié)

3 新工藝采取的相關(guān)措施

3.1 UG三維造型

首先在UG三維模型中，將銅彎管位置改為直接鑄出水道的砂芯并在預(yù)埋彎管位置優(yōu)化結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4）。改短射水道，以提高砂芯的強(qiáng)度，防止斷芯的發(fā)生；在射水口處增加一個(gè)射水擋板，通過(guò)射水擋板來(lái)引導(dǎo)射水的方向，從而控制水流經(jīng)過(guò)缸蓋鼻梁區(qū)的速度，達(dá)到預(yù)期的冷卻效果；采用水流場(chǎng)模擬分析辦法，分析水流場(chǎng)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更改前后的變化，判斷結(jié)構(gòu)更改能否符合設(shè)計(jì)要求（見(jiàn)圖5）。

從結(jié)構(gòu)優(yōu)化前與優(yōu)化后的水流場(chǎng)分析來(lái)看，優(yōu)化結(jié)構(gòu)前后缸蓋的水流場(chǎng)速度經(jīng)過(guò)鼻梁區(qū)的速度基本相同，達(dá)到缸蓋的使用要求，說(shuō)明取消預(yù)埋彎管由砂芯直接鑄出的方法可行。

圖4 射水道芯在UG中的三維模型

圖5 優(yōu)化前后水流場(chǎng)分析情況

圖6 鑄件解剖后分型面位置披鋒

3.2 成品解剖

首輪試制中發(fā)現(xiàn)制芯工藝難度大，砂芯質(zhì)量差等情況，均通過(guò)整改模具后得到一一解決。但存在一個(gè)問(wèn)題，鑄件分型面位置尤其是鼻梁區(qū)存在隔層披鋒（見(jiàn)圖6），可能影響水流大小，冷卻效果不佳。經(jīng)分析，是下水道砂芯變形嚴(yán)重所致。

3.3 變形原因及解決措施

3.3.1 砂芯變形原因

使用高強(qiáng)度的鉻礦復(fù)合砂射芯后采用射水道向上的方式平放，由于射芯后初期強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到最高值、沒(méi)有及時(shí)清除砂芯分盒面位置的披鋒、下水道芯沒(méi)有鑄出孔砂芯的支撐(見(jiàn)圖7)，組芯后受重力的影響以及烘烤過(guò)程中受熱等原因，加速了砂芯向下彎曲變形。

圖7 由砂芯直接鑄出射水道的下水道芯

3.3.2 采取相應(yīng)相關(guān)措施

射芯后立刻磨平分型面上由于頂桿、排氣塞、射嘴等原因產(chǎn)生的披鋒，隨后進(jìn)入預(yù)烘烤烤爐（烤爐工藝見(jiàn)表1）中進(jìn)行烘烤，保證砂芯一直處于平放方式，砂芯強(qiáng)度立即得到很大的提高，變形問(wèn)題得到有效的解決。

表1 通過(guò)式烤爐工藝

4 整機(jī)性能跟蹤驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)制造技術(shù)部對(duì)使用鑄出彎管的D30缸蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行為時(shí)半年的整機(jī)性能跟蹤驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)異常質(zhì)量問(wèn)題，說(shuō)明射水道結(jié)構(gòu)更改不僅是理論上可行，實(shí)際上也不影響產(chǎn)品的使用性能，接下來(lái)，可以進(jìn)一步繼續(xù)優(yōu)化局部工藝，從小批量試制，進(jìn)入大批量試制，最終進(jìn)入批量生產(chǎn)和使用的研發(fā)。

為進(jìn)一步控制砂芯變形，擬計(jì)劃在下水道芯周邊帶框，使變形量進(jìn)一步得到控制（圖8）。

圖8 帶框式下水道芯

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)缸蓋內(nèi)腔復(fù)雜管道，用砂芯直接鑄出缸蓋內(nèi)腔彎曲管道取代預(yù)埋彎管，同時(shí)用冷芯盒代替熱芯盒，有利于高效大批量造芯，可以大大提高產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)程度，更適合快速生產(chǎn)的要求，并可以減少員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。為玉柴鑄造中心二期缸蓋線主打機(jī)型D30C缸蓋實(shí)現(xiàn)側(cè)澆工藝一型四件提供了有效的思路。目前玉柴鑄造中心二期D30C缸蓋鑄造工藝已完成，正在模具制造中，很快將進(jìn)入試驗(yàn)階段。

Structure Optimization of Tube Bending Core in Diesel Engine Cylinder Head

LIN Lin

(Guangxi Yuchai Machinnery Co.Ltd., Yulin 537005, Guangxi China)

By replacing tube bending with sand core to improve the structure of tube bending in cylinder head, the core-making eff ency and quality of the casting have been greatly improved.

Cylinder head; Waterway; Syphon; Sand core; Structure optimization

TG242.7；

A；

1006-9658（2012）05-0022-3

2012－06－19

稿件編號(hào)：1206－069

林 琳（1987-），女，從事鑄造工藝設(shè)計(jì)