柴油机气缸体的消失模铸造工艺
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成本低 ，原材 料资 源丰富 等诸多优 点 ，一 直作为 柴油 机气缸体 铸件 的主要 生产 方式 。为 了消 除普通砂 型铸 造带来 的粉尘污染严重 和劳动强度大等诸 多不利 因素 ， 人们采用 覆膜砂 和树脂 砂冷 芯盒来 制造型 芯 ，采用 环
图 １ 气 缸 体 铸 件
Ｆ ｇ １Ｃｙ ｉ ｅ ｌ ｃ ａ ｔ ｇ ｉ ． ｌ ｎｄ ｒ ｏ ｋ ｃ ｓｉ ｂ ｎ
模具 型腔放在一 副型板框 内，这样 可 以提 高制模效 率 ，
充 分 ，铸 件表 面 质量 好 ，不 足 之 处是 占用 空 间较 大 ； 人 工 时效 大约 需要 １ ，在 熟化 室 内需 对 模 片进 行 强 ２ｈ 制热 风并 附加 除湿 处理 装置 。热 风 的热 源 可 以来 自于
ｒ ａ ｈ ｄ ＭＴ ， ｎ ｅ ｄ ｍ ｅ ｓ ｏ ｃ ｕ ａ ｙ ｒ ａ ｈ ｄ ＣＴ８ ｅ ｃ ｅ ７ ａ ｄ ｔ ｉ ｎ ｉｎ ａ ｃ ｒ ｃ ｃ ｅ ｈ ｅ ． Ｋｅ ｒ ｓ Ｉｓ ａ ｃ ｓ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｌ ｄ ｒ ｌ ｃ ； ａ ｅ ｎ ｃｕ ｔ ｒ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｒ ｃ ｓ ； ｙｉ ｅ ｏ ｋ ｐ Ｒ ｒ ｌ ｓ ｅ ｆ ｎ ｎ ｂ
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行 发泡 成形二 次 子模 片 。而对 于 凸轮 轴￣ － 结构 二 Ｉ 壁 ＡＩ 次 子模 片和 机油 冷却 器百度文库 主壳体 二 次子模 片的成形 则 需 要单 独构 造模 具 型腔 。考虑 到这 两个 子模 片是 缸体
线方 向将 整个 缸体 一分 为二 ，成 为一次 子模 片 ；再分
别将 凸轮 轴孑 一侧 的一 次子模 片 和机油 滤 清器一 侧 的 Ｌ
一
柴 油机缸 体泡 沫模 样共 分 四个 独立 的 子模 片 ，它
们 在完 成 自身 的发泡 成形 和模 片之 间 的组 装之前 ，必 须 进行 充分 的熟 化处 理 。可 以通 过 自然时 效或人 工 时 效 来 完成 。 自然 时效 大约 需要 １４ｈ 自然通 风 即可 ， ４ ， 有 条 件 的地 方 ，可 以考 虑 建造 透 光玻 璃 温 室熟 化 仓 ， 充 分利 用太 阳能 ，缩短 熟化 周期 ，其优 点是 模 片熟 化
熟化后 的四个二 次 子模 片组装 成产 品模 样 时要考
例 如 ，凸轮轴 孔 内壁结 构二 次子 模 片和机 油冷 却器 外
壁 结 构 二 次 子 模 片 的模 具 型 腔 放 在 同 一 模 具 型 板 内 进
虑五个 方面 的问题 ：一是组 装组成 物 ；二是 组装顺序 ；
三 是 组 装 操 作 的 生 产 方 式 ； 四是 组 装 用 胶 ；五 是 组 装
蒸 汽管 道 的辐 射热 ，焦 炭炉 加热 管道 的热 辐射 ，也 可 以通 过 电加 热 或天 然气 加热 。热 风 的温 度 以３ ～ ５℃ ５４ 为宜 ，有 条件 的地 方可 以采用 一 次性通 过式 强制 热风 并 附加 除湿处 理装 置 。其优 点是模 片熟 化周 期短 ，生
产效率 高 ，占地面 积小 。不 足之处是模 片熟化 不彻底 ， 容易对铸 件 的表面粗 糙度及 内在质 量带来不利影 响 。
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０ｃ ． ０ １ ｔ２ １
ＶＯ１６Ｏ ＮＯ．０ ． １
柴油 机气 缸体 的消失模 铸 造 工 艺
王 新 节
（ 江 大 学城 市 学 院 ，浙 江杭 州 ３ ０ １ ） 浙 １０ ５
摘 要 ：介绍了 用消失模铸造工艺生产直列四缸柴油发动机气缸体的工艺过程。包括泡沫模样的制作、模具的设计、泡
次 子模 片各 自分 为两个 二 次子模 片 。二次 子模 片选
用 的Ｅ Ｓ Ｐ 原始珠 粒粒 径为 ０ ． ｍｍ，由于在预 发泡环 节 ， ２ Ｅ Ｓ 始珠 粒会 在 发 泡剂 戊烷 的作 用下 发 生膨 胀 ，其 Ｐ原 体积会增 大 ，可 以获得 直径 为０６ ０９ ｌ ． ．ｍｉ的预发珠 粒 ， ～ ｌ 在缸体 的基 本壁厚空 间内至少可填 充５ ８ 珠粒 ，能够 ～个 有效 地保证 模 片 的密 度 、刚度 、强度 和模 片 的表 面质 量 。此 珠粒 再 经过适 当 的熟化 处理 ，降低 预发 珠粒 内 部 的真 空度 ，让 预 发珠 粒 具 备 良好 的 弹性 和 流 动性 ， 用 于制取产 品的泡沫模样 。 １２ 泡 沫模样 的模 具 设计 ． 组织生产 时 ，要单独对 这 四个 二次子模 片 （ 如图４ 所 示） 进行 发泡模 具 型腔 的结构 设计 和模 具制 造 。模 具 型腔 的设计 ，将 能够 通过 简单 的两开模 取 出模 片 的
计方 法 ：即采 用人工 合成 的可膨胀 聚苯 乙烯珠粒 来发 泡成形 柴油机 气缸体 和浇 注系统 的泡沫模 样簇 。用单
一
的干 砂进行 造型 ，无须任 何添 加剂 ，而 且干砂 的再
利 用 率 在 ９ ％以上 。将 泡 沫 模 样 簇 浸 涂 涂 料 并 烘 干 ５ （ ）后在单 体砂 箱 内进行造 型 。单一 的干砂 流进 气 图３
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图４ 泡沫模样 分型
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铸型 。 由于气 缸体 内外 的单一 干砂 是 自然贯 通 为一 体 的 ，故避 免 了传统砂 型铸 造 工艺 中常 出现 的型芯 配 合
到 泡沫 模样 的成 形特 性 ，即模 样 的结 构 刚度 和强 度 。
模样 的分 形与 组装 是采 取 四片泡 沫子模 样 的发 泡成形
其 固有 功能 型结构 ，又避免 了因工艺补贴过 多而带来 的
铸件重量增加 和降低柴油机 的整体工作性能 。 １３ 泡 沫模样 的组装 工艺 ．
制作方式 ，如 图４ 示 。先沿 着直列式 四个缸 筒 的中心 所
凸模部分 与两侧 的活块部分 。中间的凸模部分 参与成形
又与下模 主模板 固连在一起 ，开模 时随下模板 一起脱 离
泡沫模 片 ，从而为其两侧 的活块 留出足 够的空间 ，以方
便两侧 活块沿 与开模方 向相垂直 的方 向取 出来 ，最终使 得模 片顺利脱模 。这样通过优化设计泡沫模具 的型腔结 构 ，可 以减少对柴油机缸体产 品结构 的修改。既保 持 了
图２ 造 型 及砂 芯 组 装
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缸 体 内 、外 部 型腔充 当传 统 砂型 铸造 工 艺 中的 砂芯 、
收 稿 日期 ：２ １－ ５ ０ 收 到 初 稿 ，２ １－ ７ １收 到 修 订 稿 。 ０ １０ — ４ ０ ｌ０ — １
沫 模 样 的组 装 、 型砂 的选 择 及 造 型 、浇 注 系 统 的设 计等 几 个 方 面 。 与传 统 的普 通 砂 型 铸 造 相 比 ，其 铸 件 单 体 重量 减 轻 约１％，铸 件 重 量精 度 达 到ＭＴ 级 ，铸 件 尺 寸 精度 达 到Ｃ ８ 。 ０ ７ Ｔ级
关键词 ：消失模 铸造 ；气缸体 ；模样簇 中 图分 类号 ：Ｔ ４ ． 文献标识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１０ — ９７ （０ １— ９ ２ ０ Ｑ２ ９ ６ ０ １４ ７ ２ １） ０ ０ ６ — ５ １
保 除尘 效 果 良好 的高压 造 型机来 制 作铸 型 ，如 图２ 所
示 ，已经 取得 了较好 的效果 。但 是能够 经过 简单加 工 就可 以用 来造 型和制 芯的砂 子 ，通 常指 的是 天然沉 积 砂 和海砂 ，这些 用于铸造 的原材料 往往是不 可再 生的 ， 或再生砂 的利用 率较低 。 目前 普通砂 型铸造 用 的型砂 淘 汰率在 １％左 右 ，而芯砂的淘汰率更高 。 ５ 本 文重点介 绍柴 油机气 缸体 消失模铸 造工 艺 的设
柴油机是 将燃 料柴油 燃烧所产 生 的化 学能 转化 为
机械能 的机 器 ，柴油机气缸体 （ １ 图 ）在整机 的构造 中 起着 主体 骨架 的作 用 ，其 结构 强度 和整 体刚度 要能 够
满足柴 油机 整机零 部件 的组装精度 和柴 油机正 常工作
时其各 种性 能稳定输 出的需要 。传 统 的砂 型铸造 具有
ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ Ｉ ａ ｄ ｃ ｓｉｇ，ｈ ｉｈ ｆａ ｓｎ ｌ ａ ｔ ｇ ｗａ ｅ ｕ ｅ Ｖ １ ％ ．Ｉ ｉｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｖ ｎ ｉ ａ ｎ ａ ｔ ｏ ｓ ｎ ｔ ｅ ｗｅｇ ｔｏ ｉｇｅ ｃ ｓ ｉ ｓ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｎ Ｏ ｔ ｗｅｇ ｔ ｃ ｒ ｃ ｓ ａ
所 对应 的曲轴箱 的 凸模 结 构都分 为 三个部 分 ：中间 的
１ 产 品泡 沫 模 样 的制 作
１１ 产 品泡 沫模 样 的分 型方 案 ．
柴 油机 气缸 体 的内部 结 构 与外 部 形 状较 为 复 杂 ， 而且 主要壁厚 仅为５ｒｎ，这 些几何 特征决 定 了产 品泡 ｌ ｎ 沫模 样 的分形 与组 装方 案 ，也 对 泡沫材 料 的粒径 进行 了限制 。模 样 的分形 与 组装方 案 主要是 考 虑到泡 沫模 样 的脱模 便利 性 ，而 限制泡 沫材 料 的粒 径 主要是 考 虑
外 壳体 的主要构 成部 分 ，都有 曲轴箱 内部 内凹式强 化
辐 板结 构 ，为 了能方便 地 让两个 子模 片在 各 自的模 具
不 当而造 成 的挤砂 缺陷 。最后 对铸 型抽 取 负压 ，在铸
型保持一定 负压 的状 态下进行浇 注成形 。
中一 次性发 泡成 形 ，需 要 在 曲轴 箱 内部 内 凹式模 片成 形 的凸模上 设计 抽芯 机构 。具体 做 法是将 每一 个缸 筒
作 者简 介 ：王 新 节 （９ ６ ），男 ，教 授 ，主要 研 究 方 向是 绿 色 铸 造 成 形工 艺 。Ｅｍａｌ ｂ ｄｚｙ ｘ＠１ ６ ｏ １６ 一 － ｉ：ｘ ｇｚｚ ｗ ｊ ２ ． ｒ ｃｎ
铸 造
王 新节： 柴油机气缸体的消失模铸造工艺
・６ ９ ３・
图３ 泡沫模 样簇浸涂并烘 干
图 １ 气 缸 体 铸 件
Ｆ ｇ １Ｃｙ ｉ ｅ ｌ ｃ ａ ｔ ｇ ｉ ． ｌ ｎｄ ｒ ｏ ｋ ｃ ｓｉ ｂ ｎ
模具 型腔放在一 副型板框 内，这样 可 以提 高制模效 率 ，
充 分 ，铸 件表 面 质量 好 ，不 足 之 处是 占用 空 间较 大 ； 人 工 时效 大约 需要 １ ，在 熟化 室 内需 对 模 片进 行 强 ２ｈ 制热 风并 附加 除湿 处理 装置 。热 风 的热 源 可 以来 自于
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行 发泡 成形二 次 子模 片 。而对 于 凸轮 轴￣ － 结构 二 Ｉ 壁 ＡＩ 次 子模 片和 机油 冷却 器百度文库 主壳体 二 次子模 片的成形 则 需 要单 独构 造模 具 型腔 。考虑 到这 两个 子模 片是 缸体
线方 向将 整个 缸体 一分 为二 ，成 为一次 子模 片 ；再分
别将 凸轮 轴孑 一侧 的一 次子模 片 和机油 滤 清器一 侧 的 Ｌ
一
柴 油机缸 体泡 沫模 样共 分 四个 独立 的 子模 片 ，它
们 在完 成 自身 的发泡 成形 和模 片之 间 的组 装之前 ，必 须 进行 充分 的熟 化处 理 。可 以通 过 自然时 效或人 工 时 效 来 完成 。 自然 时效 大约 需要 １４ｈ 自然通 风 即可 ， ４ ， 有 条 件 的地 方 ，可 以考 虑 建造 透 光玻 璃 温 室熟 化 仓 ， 充 分利 用太 阳能 ，缩短 熟化 周期 ，其优 点是 模 片熟 化
熟化后 的四个二 次 子模 片组装 成产 品模 样 时要考
例 如 ，凸轮轴 孔 内壁结 构二 次子 模 片和机 油冷 却器 外
壁 结 构 二 次 子 模 片 的模 具 型 腔 放 在 同 一 模 具 型 板 内 进
虑五个 方面 的问题 ：一是组 装组成 物 ；二是 组装顺序 ；
三 是 组 装 操 作 的 生 产 方 式 ； 四是 组 装 用 胶 ；五 是 组 装
蒸 汽管 道 的辐 射热 ，焦 炭炉 加热 管道 的热 辐射 ，也 可 以通 过 电加 热 或天 然气 加热 。热 风 的温 度 以３ ～ ５℃ ５４ 为宜 ，有 条件 的地 方可 以采用 一 次性通 过式 强制 热风 并 附加 除湿处 理装 置 。其优 点是模 片熟 化周 期短 ，生
产效率 高 ，占地面 积小 。不 足之处是模 片熟化 不彻底 ， 容易对铸 件 的表面粗 糙度及 内在质 量带来不利影 响 。
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柴油 机气 缸体 的消失模 铸 造 工 艺
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（ 江 大 学城 市 学 院 ，浙 江杭 州 ３ ０ １ ） 浙 １０ ５
摘 要 ：介绍了 用消失模铸造工艺生产直列四缸柴油发动机气缸体的工艺过程。包括泡沫模样的制作、模具的设计、泡
次 子模 片各 自分 为两个 二 次子模 片 。二次 子模 片选
用 的Ｅ Ｓ Ｐ 原始珠 粒粒 径为 ０ ． ｍｍ，由于在预 发泡环 节 ， ２ Ｅ Ｓ 始珠 粒会 在 发 泡剂 戊烷 的作 用下 发 生膨 胀 ，其 Ｐ原 体积会增 大 ，可 以获得 直径 为０６ ０９ ｌ ． ．ｍｉ的预发珠 粒 ， ～ ｌ 在缸体 的基 本壁厚空 间内至少可填 充５ ８ 珠粒 ，能够 ～个 有效 地保证 模 片 的密 度 、刚度 、强度 和模 片 的表 面质 量 。此 珠粒 再 经过适 当 的熟化 处理 ，降低 预发 珠粒 内 部 的真 空度 ，让 预 发珠 粒 具 备 良好 的 弹性 和 流 动性 ， 用 于制取产 品的泡沫模样 。 １２ 泡 沫模样 的模 具 设计 ． 组织生产 时 ，要单独对 这 四个 二次子模 片 （ 如图４ 所 示） 进行 发泡模 具 型腔 的结构 设计 和模 具制 造 。模 具 型腔 的设计 ，将 能够 通过 简单 的两开模 取 出模 片 的
计方 法 ：即采 用人工 合成 的可膨胀 聚苯 乙烯珠粒 来发 泡成形 柴油机 气缸体 和浇 注系统 的泡沫模 样簇 。用单
一
的干 砂进行 造型 ，无须任 何添 加剂 ，而 且干砂 的再
利 用 率 在 ９ ％以上 。将 泡 沫 模 样 簇 浸 涂 涂 料 并 烘 干 ５ （ ）后在单 体砂 箱 内进行造 型 。单一 的干砂 流进 气 图３
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图４ 泡沫模样 分型
Ｆ ｇ ４ Ａｓ ｅ ｌ ｆｆ ａ ｐａｔ ｍ ｉ ． ｓ ｍｂ ｙ ｏ ｏ ｍ ｔｅ
铸型 。 由于气 缸体 内外 的单一 干砂 是 自然贯 通 为一 体 的 ，故避 免 了传统砂 型铸 造 工艺 中常 出现 的型芯 配 合
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模样 的分 形与 组装 是采 取 四片泡 沫子模 样 的发 泡成形
其 固有 功能 型结构 ，又避免 了因工艺补贴过 多而带来 的
铸件重量增加 和降低柴油机 的整体工作性能 。 １３ 泡 沫模样 的组装 工艺 ．
制作方式 ，如 图４ 示 。先沿 着直列式 四个缸 筒 的中心 所
凸模部分 与两侧 的活块部分 。中间的凸模部分 参与成形
又与下模 主模板 固连在一起 ，开模 时随下模板 一起脱 离
泡沫模 片 ，从而为其两侧 的活块 留出足 够的空间 ，以方
便两侧 活块沿 与开模方 向相垂直 的方 向取 出来 ，最终使 得模 片顺利脱模 。这样通过优化设计泡沫模具 的型腔结 构 ，可 以减少对柴油机缸体产 品结构 的修改。既保 持 了
图２ 造 型 及砂 芯 组 装
Ｆ ｇ ２ Ｍ ｏ ｌ ｉ ｇ＆ ｓ ｎ ｏ ｅａ ｓ ｍｂ ｙ ｉ． ｕｄｎ ａ ｄｃ ｒ ｓｅ ｌ
缸 体 内 、外 部 型腔充 当传 统 砂型 铸造 工 艺 中的 砂芯 、
收 稿 日期 ：２ １－ ５ ０ 收 到 初 稿 ，２ １－ ７ １收 到 修 订 稿 。 ０ １０ — ４ ０ ｌ０ — １
沫 模 样 的组 装 、 型砂 的选 择 及 造 型 、浇 注 系 统 的设 计等 几 个 方 面 。 与传 统 的普 通 砂 型 铸 造 相 比 ，其 铸 件 单 体 重量 减 轻 约１％，铸 件 重 量精 度 达 到ＭＴ 级 ，铸 件 尺 寸 精度 达 到Ｃ ８ 。 ０ ７ Ｔ级
关键词 ：消失模 铸造 ；气缸体 ；模样簇 中 图分 类号 ：Ｔ ４ ． 文献标识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１０ — ９７ （０ １— ９ ２ ０ Ｑ２ ９ ６ ０ １４ ７ ２ １） ０ ０ ６ — ５ １
保 除尘 效 果 良好 的高压 造 型机来 制 作铸 型 ，如 图２ 所
示 ，已经 取得 了较好 的效果 。但 是能够 经过 简单加 工 就可 以用 来造 型和制 芯的砂 子 ，通 常指 的是 天然沉 积 砂 和海砂 ，这些 用于铸造 的原材料 往往是不 可再 生的 ， 或再生砂 的利用 率较低 。 目前 普通砂 型铸造 用 的型砂 淘 汰率在 １％左 右 ，而芯砂的淘汰率更高 。 ５ 本 文重点介 绍柴 油机气 缸体 消失模铸 造工 艺 的设
柴油机是 将燃 料柴油 燃烧所产 生 的化 学能 转化 为
机械能 的机 器 ，柴油机气缸体 （ １ 图 ）在整机 的构造 中 起着 主体 骨架 的作 用 ，其 结构 强度 和整 体刚度 要能 够
满足柴 油机 整机零 部件 的组装精度 和柴 油机正 常工作
时其各 种性 能稳定输 出的需要 。传 统 的砂 型铸造 具有
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所 对应 的曲轴箱 的 凸模 结 构都分 为 三个部 分 ：中间 的
１ 产 品泡 沫 模 样 的制 作
１１ 产 品泡 沫模 样 的分 型方 案 ．
柴 油机 气缸 体 的内部 结 构 与外 部 形 状较 为 复 杂 ， 而且 主要壁厚 仅为５ｒｎ，这 些几何 特征决 定 了产 品泡 ｌ ｎ 沫模 样 的分形 与组 装方 案 ，也 对 泡沫材 料 的粒径 进行 了限制 。模 样 的分形 与 组装方 案 主要是 考 虑到泡 沫模 样 的脱模 便利 性 ，而 限制泡 沫材 料 的粒 径 主要是 考 虑
外 壳体 的主要构 成部 分 ，都有 曲轴箱 内部 内凹式强 化
辐 板结 构 ，为 了能方便 地 让两个 子模 片在 各 自的模 具
不 当而造 成 的挤砂 缺陷 。最后 对铸 型抽 取 负压 ，在铸
型保持一定 负压 的状 态下进行浇 注成形 。
中一 次性发 泡成 形 ，需 要 在 曲轴 箱 内部 内 凹式模 片成 形 的凸模上 设计 抽芯 机构 。具体 做 法是将 每一 个缸 筒
作 者简 介 ：王 新 节 （９ ６ ），男 ，教 授 ，主要 研 究 方 向是 绿 色 铸 造 成 形工 艺 。Ｅｍａｌ ｂ ｄｚｙ ｘ＠１ ６ ｏ １６ 一 － ｉ：ｘ ｇｚｚ ｗ ｊ ２ ． ｒ ｃｎ
铸 造
王 新节： 柴油机气缸体的消失模铸造工艺
・６ ９ ３・
图３ 泡沫模 样簇浸涂并烘 干