连体式气缸盖的砂型结构的制作方法

本发明涉及铸造技术领域，特别是涉及一种连体式气缸盖的砂型结构。

背景技术：

气缸盖是柴油发动机上的关键零部件，分为单体式气缸盖与连体式气缸盖，其中单体式气缸盖多用于中、低速柴油机，连体式气缸盖多用于中、高速柴油机。而随着国家排放标准的不断提升，其中对连体式气缸盖的设计提出更高要求，气道壁的厚度越来越薄，水腔形状也更加地随形。例如，直列六缸柴油机，其连体式气缸盖铸件内部结构主要包括进气道、排气道、上水腔、下水腔、6个喷油孔、减重腔等，其中气道为多维空间曲面，水腔包裹在气道周围，其形状也呈多维空间曲面，并且进、排气道壁的壁厚最小，壁厚仅为6±0.5mm，而内部复杂结构则全部由砂芯形成。

并且，由于连体式气缸盖铸件长度长、高度低，而且水腔分为上下连通的两个水腔，造成手工造型时，下水腔砂芯长度达到120mm，高度只有50mm，砂芯薄弱处截面尺寸只有14*11mm，因此，砂芯制作极为困难。例如，水腔芯的制作需要分成多个砂芯，且各个砂芯需在中间设置通气道，以实现在浇注过程中及浇注后对砂芯进行排气。因此在合箱下芯时，需要将所有的水腔出气道对接完好保证密封可靠，以避免浇注时极易发生呛火现象。进一步地，各水腔芯之间的配合面由于合型时需要设计有间隙，这样使得铸造过程中会形成批缝，从而导致清理困难，且批缝还会导致水腔局部区域截面变小，水流速度无法达到设计值，从而使得柴油机整机无法以最大功率运行，因此，在组芯时需要处理批缝以降低其对柴油机运行的影响。

对此，尽管在现有技术中，随着3DP(Three-Dimensional Printing，3D 打印)等无模制造技术的出现，柴油发动机的气缸盖的成型方法有了更多的选择。然而对于连体式气缸盖，由于其型腔极其复杂，如果3D打印砂型设计不合理，则会导致清砂极为困难。同时，由于连体式气缸盖铸件的铸出孔的尺寸截面小，数量众多，若3D打印砂型设计不合理，则很容易发生断芯、漂芯等问题，铸件会因尺寸问题而报废。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术中采用3DP打印技术打印连体式气缸盖时，清砂困难，且容易发生断芯、漂芯等问题，提供一种连体式气缸盖的砂型结构。

一种连体式气缸盖的砂型结构，包括上型、侧型以及下型；所述侧型集成于所述上型的一侧面，所述上型与所述下型均具有一内腔，且两个所述内腔相对设置；所述下型的内腔设置有进气道芯、排气道芯、水腔芯以及底板芯，所述进气道芯的进气口端的芯头朝向所述底板芯的方向延伸，并与所述底板芯连接形成进气口芯头，所述水腔芯沿远离所述进气口芯头方向延伸，并与所述排气道芯的排气口方向延伸的芯头连接形成内藏式芯头，所述内藏式芯头与所述上型配合连接，所述水腔芯沿长度方向延伸的芯头与所述底板芯连接。

在其中一个实施例中，所述下型还设置有浇注系统芯，所述浇注系统芯包括横浇道与直浇道，所述直浇道垂直设置于所述横浇道的一端，所述横浇道的另一端集成设置于所述下型上。

在其中一个实施例中，所述横浇道包括第一横浇道、第二横浇道以及弧形浇道，所述第一横浇道与所述直浇道垂直连接，所述第二横浇道设置于所述第一横浇道远离所述直浇道的一侧，所述弧形浇道的一端与所述第二横浇道连接，所述弧形浇道的另一端与所述下型连接。

在其中一个实施例中，所述第二横浇道与所述弧形浇道的数量分别具有多个，各所述第二横浇道分别设置于所述第一横浇道背离所述直浇道的一侧，各所述弧形浇道与各所述第二横浇道对应设置并与所述下型连接。

在其中一个实施例中，所述浇注系统芯还包括过滤网，所述过滤网设置于所述第一横浇道与所述第二横浇道之间。

在其中一个实施例中，所述过滤网与所述连体式气缸盖的砂型结构的分型面齐平。

在其中一个实施例中，所述分型面与所述连体式气缸盖的下底面之间具有装配间隙。

在其中一个实施例中，所述进气道芯呈钉耙状分布设置，所述排气道芯具有多个，各所述排气道芯反向插设于所述钉耙的各齿牙之间。

在其中一个实施例中，所述下型的厚度为50～80mm。

在其中一个实施例中，所述上型的顶面设置有所述直浇道与出气冒口，所述直浇道与所述出气冒口沿所述上型的顶面的高度为30～50mm。

上述连体式气缸盖的砂型结构，通过在所述上型的一侧面集成设置所述侧型，这样通过所述侧型可便于对所述砂型结构的进气道位置进行清砂操作；并且进一步通过将所述进气道芯、所述底板芯以及所述水腔芯的芯头相互连接固定，同时将所述排气道芯形成内藏式芯头，将所述内藏式芯头与所述上型配合连接，从而有效提升所述砂型结构的刚度，并同时有效降低所述连体式气缸盖的砂型结构内的各个砂芯发生断芯、漂芯等问题的概率。

附图说明

图1为一实施例的连体式气缸盖的砂型结构的装配结构示意图。

图2为一实施例的连体式气缸盖的砂型结构的下型结构示意图。

图3为一实施例的连体式气缸盖铸件的立体结构示意图。

图4为一实施例的连体式气缸盖的砂型结构的上型结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在一实施例中，一种连体式气缸盖的砂型结构，包括上型、侧型以及下型；所述侧型集成于所述上型的一侧面，所述上型与所述下型均具有一内腔，且两个所述内腔相对设置；所述下型的内腔设置有进气道芯、排气道芯、水腔芯以及底板芯，所述进气道芯的进气口端的芯头朝向所述底板芯的方向延伸，并与所述底板芯连接形成进气口芯头，所述水腔芯沿远离所述进气口芯头方向延伸，并与所述排气道芯的排气口方向延伸的芯头连接形成内藏式芯头，所述内藏式芯头与所述上型配合连接，所述水腔芯沿长度方向延伸的芯头与所述底板芯连接。

在另一实施例中，一种连体式气缸盖的砂型结构，包括上型、侧型以及下型；例如，所述侧型集成于所述上型的一侧面，所述上型与所述下型均具有一内腔，且两个所述内腔相对设置；例如，所述下型的内腔设置有进气道芯、排气道芯、水腔芯以及底板芯，所述进气道芯的进气口端的芯头朝向所述底板芯的方向延伸，并与所述底板芯连接形成进气口芯头；例如，所述水腔芯沿远离所述进气口芯头方向延伸，并与所述排气道芯的排气口方向延伸的芯头连接形成内藏式芯头，所述内藏式芯头与所述上型配合连接；例如，所述水腔芯沿长度方向延伸的芯头与所述底板芯连接。

上述连体式气缸盖的砂型结构，通过在所述上型的一侧面集成设置所述侧型，这样通过所述侧型可便于对所述砂型结构的进气道位置进行清砂操作；并且进一步通过将所述进气道芯、所述底板芯以及所述水腔芯的芯头相互连接固定，同时将所述排气道芯形成内藏式芯头，将所述内藏式芯头与所述上型配合连接，从而有效提升所述砂型结构的刚度，并同时有效降低所述连体式气缸盖的砂型结构内的各个砂芯发生断芯、漂芯等问题的概率。

下面结合具体实施例对所述连体式气缸盖的砂型结构进行说明，以进一步理解所述连体式气缸盖的砂型结构的发明构思，请参阅图1至图4，一种连体式气缸盖的砂型结构10，包括上型100、侧型200以及下型300；所述侧型200集成于所述上型100的一侧面，所述上型100与所述下型300均具有一内腔，且两个所述内腔相对设置。即，所述上型100与所述下型300相互扣合，所述侧型200卡设于所述上型100的侧面位置，这样形成一具有砂型腔的砂型结构。应该理解的是，通过将形成所述连体式气缸盖的浇注液注入所述砂型腔内，经过保温处理后待所述连体式气缸盖的铸件本体厚壁部位温度降至400℃以下后进行落砂、抛丸处理，最后将所述连体式气缸盖的铸件放入热处理炉中进行去应力退火。例如，保温时间温度大于或等于48时，优选地，所述保温时间温度为55时。在一个实施例中，所述下型的厚度为50～80mm。其中需要说明的是，在铸造行业内，所述下型的厚度也可以称之为吃砂量。优选地，所述下型的厚度为60mm。具体地，在实施砂型设计时，通过在三维软件内建一长方体砂坯，在三维铸造工艺的轮廓尺寸周延设置50～80mm，从而可保证设计出的所述上型 100与所述下型300的结构稳定性。

请参阅图2，具体地，所述下型300的内腔设置有进气道芯310、排气道芯 320、水腔芯330以及底板芯340，所述进气道芯310的进气口端的芯头朝向所述底板芯340的方向延伸，并与所述底板芯340连接形成进气口芯头350，所述水腔芯330沿远离所述进气口芯头350方向延伸，并与所述排气道芯320的排气口方向延伸的芯头连接形成内藏式芯头360，所述内藏式芯头360与所述上型 100配合连接，所述水腔芯330沿长度方向延伸的芯头与所述底板芯340连接。例如，所述进气道芯310为六合一进气道芯；例如，所述进气道芯310呈钉耙状分布设置，所述排气道芯320具有多个，各所述排气道芯320反向插设于所述钉耙的各齿牙之间。例如，所述排气道芯的数量具有六个。这样，通过将六合一型的所述进气道芯310与六个所述排气道芯320之间相互插接设置，从而可有效保证所述进气道芯310与所述排气道芯320的结构连接稳定性。并且，通过设置所述侧型200，将所述上型100的其中一侧立面分割出，从而可便于通过所述侧型200清理位于所述六合一进气道位置处的积砂。

请继续参阅图2，所述水腔芯330用于形成所述连体式气缸盖的水腔，所述进气道芯310与所述排气道芯320分别用于形成所述连体式气缸盖的进气道与排气道，通过在所述水腔内包裹设置进气道与排气道，这样在柴油发动机运行时，可实现对气缸盖的进气道与排气道内的高温气体进行冷却。其中，所述水腔芯300包括相互叠设的上水腔芯与下水腔芯，通过将上水腔芯与下水腔芯合并设置以形成结构稳定的水腔芯结构，从而可保证柴油机运行时，利用高速水流带走各个气道内的热量。

例如，所述底板芯340嵌设于所述下型300的内腔内，例如，所述底板芯 340与所述下型300一体成型。这样，所述进气道芯310、所述排气道芯320以及所述水腔芯330分别与所述底板芯340连接，从而可实现将各个型芯稳定集成于所述下型300上。具体地，所述进气道芯310的芯头朝向所述底板芯340 的方向延伸，并与所述底板芯340连接形成进气口芯头350。具体地，延伸所述进气道芯310的进气口处的芯头，并使得其能够与所述底板芯340连接以形成所述进气口芯头350，从而有效保证所述气道芯310的安装稳定性。其中通过沿所述排气道芯320的排气口方向延伸芯头，将所述上水腔以及所述下水腔通过延伸其侧面芯头，以使得所述排气道芯320的延伸芯头与所述上水腔以及所述下水腔的延伸芯头相连接以形成所述内藏式芯头360。例如，所述内藏式芯头 360的横截面为堤坝状。例如，所述内藏式芯头与所述上型100配合连接。这样通过设置堤坝状的所述内藏式芯头360，从而可实现与所述上型100开设的安装槽110配合连接，以使得所述上型100与所述下型300形成良好的配合关系。进一步地，所述水腔芯330沿长度方向延伸的芯头与所述底板芯340连接。即在所述水腔芯330的长度方向上通过水腔铸造工艺孔延伸所述水腔芯330的芯头并与所述底板芯340相连，从而实现所述水腔芯330与所述底板芯340可靠连接，继而实现将所述水腔芯330与所述底板芯340稳定设置于所述下型300 中，从而有效提升所述砂型结构10的刚度，并同时有效降低所述连体式气缸盖的砂型结构10内的各个砂芯发生断芯、漂芯等问题的概率。

为了避免在对所述连体式气缸盖的砂型结构进行浇注的过程中直冲所述水腔330芯，在其中一实施例中，请参阅图2和图3，所述下型300还设置有浇注系统芯380，所述浇注系统芯380包括横浇道381与直浇道382，所述直浇道382 垂直设置于所述横浇道381的一端，所述横浇道381的另一端集成设置于所述下型300上。例如，所述横浇道381的横截面为矩形，例如，所述直浇道382 的横截面为圆形。例如，所述直浇道382贯通穿设于所述横浇道381上。应该理解的是，所述横浇道381与所述直浇道382均具有浇道腔且相互连通，各所述浇道腔与所述砂型结构10的砂型腔连通，这样浇注液通过所述浇道腔进入到所述砂型腔内，经过保温凝固等一系列工序后，即可形成所述连体式气缸盖的铸型结构。在一实施例中，请一并参阅图1和图4，所述上型100的顶面设置有所述直浇道382与出气冒口120，所述直浇道382与所述出气冒口120沿所述上型100的顶面的高度为30～50mm。优选地，所述直浇道382与所述出气冒口120 沿所述上型100的顶面的高度为20mm。即在本实施例中，通过将所述直浇道 382与所述出气冒口120分别独立设置于所述上型100的顶面，从而可极大节约制造所述上型100的砂型材料。在一较佳的实施例中，所述直浇道382与所述出气冒口120分别活动设置于所述上型100的顶面；例如，所述直浇道382与所述出气冒口120分别活动螺设于所述上型100的顶面。所述直浇道382与所述出气冒口120分别活动螺设于所述上型100的顶面分别采用砂型粘结剂粘接于所述上型100的顶面。即所述直浇道382与所述出气冒口120均能够活动拆离所述上型100，这样可便于根据实际生产情况，跟换所述直浇道382与所述出气冒口120。

进一步地，请继续参阅图3，所述横浇道381包括第一横浇道3811、第二横浇道3812以及弧形浇道3813，所述第一横浇道3811与所述直浇道382垂直连接，所述第二横浇道3812设置于所述第一横浇道3811远离所述直浇道382 的一侧，所述弧形浇道3813的一端与所述第二横浇道3812连接，所述弧形浇道3813的另一端与所述下型300连接。例如，所述第一横浇道3811与所述第二横浇道3812一体成型；又如，所述第二横浇道3812与所述弧形浇道3813一体成型。一个例子是，所述第二横浇道3812与所述弧形浇道3813的数量分别具有多个，各所述第二横浇道3812分别设置于所述第一横浇道3811背离所述直浇道3813的一侧，各所述弧形浇道3813与各所述第二横浇道3812对应设置并与所述下型300连接。即，直接连通所述下型300的砂型腔的所述第二横浇道3812与所述弧形浇道3813对应设置多个，这样可便于分流浇注液，且使浇注液能够缓慢地进入到所述砂型腔内，从而有效避免对所述型腔内的各个砂芯造成冲击损坏。并且，进一步通过设置连接所述第二横浇道3812与所述下型300 的砂型腔的所述弧形浇道3813，从而可利用弧形浇道3813以使得浇注液的流通速度得到进一步减缓，从而进一步避免浇注液冲击各个砂芯的力度。需要说明的是，为了改善连体式气缸盖铸件的外观质量，在浇注工艺中需要提高浇注温度，且同时需要保持足够的压箱时间，这样可使得铸件充分释放应力，从而避免连体式气缸盖铸件发生翘曲变形问题。

为了进一步保障连体式气缸盖铸件的铸造质量，在其中一实施例中，所述浇注系统芯380还包括过滤网3814，所述过滤网3814设置于所述第一横浇道 3811与所述第二横浇道3812之间。应该理解的是，通过在所述第一横浇道3811 与所述第二横浇道3812之间设置所述过滤网3814，从而可使得首先进入到所述第一横浇道3811的浇注液得到充分过滤后进入到所述第二横浇道3812内，继而保障进入到所述砂型腔内的浇注液的纯度，从而使得体式气缸盖铸件的铸造质量得到有效提升。

进一步地，为了在浇注过程中保护薄弱砂芯结构不受力，在其中一实施例中，所述过滤网3814与所述连体式气缸盖的砂型结构10的分型面齐平。其中，所述分型面为所述上型100、所述侧型200以及所述下型300相接处的平面。而由于所述连体式气缸盖的铸件的爆炸面为关键受力部位，浇注时将其设置在浇注位置的下底面或者侧面，即通过在爆炸面的侧底部进流，并使用开放式及比例式的浇注系统从而可避免冲击所述连体式气缸盖的铸件的爆炸面。一个例子是，所述分型面与所述连体式气缸盖的下底面之间具有装配间隙。即在本实施中，沿距连体式气缸盖铸件的下底面一定距离的面为分型面，这样可形成呈阶梯型的分型面，从而可省去独立开设清砂窗的步骤即可进行清砂工作。

为了提升所述连体式气缸盖的砂型结构的生产效率，在一较佳的实施例中，所述连体式气缸盖的砂型结构采用3D打印方法制成。具体地，所述3D打印方法包括通过在三维软件中利用缩放体等命令将所述砂型结构的缩尺添加到砂型上，导出.STL数据，将其按照打印层厚进行切片，将完成切片后的三维数据导入3D打印机，设置打印参数，启动打印机打印。在一实施方式中，所述3D打印方法包括采用50～100的目石英砂打印所述连体式气缸盖的砂型结构，又如，所述3D打印方法包括采用70～140的金刚陶粒砂打印所述连体式气缸盖的砂型结构。一个例子是，所述3D打印方法中采用的粘结剂为低氮呋喃树脂，其中树脂砂发气量小于或等于12g/ml。例如，所述3D打印方法打印连体式气缸盖的砂型结构的每层厚度为0.28～0.4mm，优选地，打印连体式气缸盖的砂型结构的每层厚度为0.32mm。并且在打印时需要测试连体式气缸盖的砂型结构的砂型强度以及打印精度，具体的测试结果要求砂型强度大于或等于7MPa，打印精度控制在±0.35mm以内。进一步地，所述3D打印方法包括将所述连体式气缸盖的砂型结构的所述上型100、所述下型300以及所述侧型200采用0.4～0.8MPa的压缩空气对其进行风洗以便去除所有散砂；例如，所述3D打印方法还包括施涂、烘干以及准备合型的工序。进一步地，所述合型工序包括将烘干后的所述下型摆放平整，在所述砂型结构的延周均匀涂布Φ4-8mm的低发气量铸造用砂型粘结剂，将所述侧型从侧上方装配在所述下型上，并使得导向孔对齐，最后将导向杆插入所述上型的对角与所述下型与所述侧型合型。进一步地，所诉3D打印方法还包括装卡工序，所述装卡工序包括采用4组卡具将所述连体式气缸盖的所述上型、所述侧型以及所述下型进行卡紧形成芯包。这样，可防止所述侧型移位、跑火以及所述上型涨型的问题，从而使得所述连体式气缸盖的砂型结构达到浇注状态。在浇注时，通过将芯包调至砂箱中，流树脂背砂至出气冒口出气口下端30mm左右停止。最后实施紧熔炼、浇注、压箱以及落砂等工序。具体地，将熔化好的铁水注入砂型腔中，保温大于或等于48时，当连体式气缸盖的铸件本体厚壁部位温度降至400℃以下后落砂、抛丸并去除浇注系统、冒口等附着物，清理完毕的所述连体式气缸盖铸件放入热处理炉中进行去应力退火。最后实施检测与发运工序。具体地，按照顾客要求对所述连体式气缸盖铸件进行逐项检测合格后入库、发运。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。