发动机缸体铸造砂芯、型芯结构、铸造方法及发动机缸体.pdf

本发明提供了一种发动机缸体铸造砂芯，包括第一砂芯本体，所述第一砂芯本体具有第一薄弱部，所述第一薄弱部具有第一造型面和第一非造型面，所述第一非造型面向着所述第一砂芯本体的两侧伸出形成凸部。本发明还提供了一种发动机缸体铸造型芯结构、一种发动机缸体铸造方法和一种发动机缸体。本发明能够解决发动机缸体铸造过程中砂芯变形和断裂的问题。

权利要求书
1.  一种发动机缸体铸造砂芯，其特征在于，包括第一砂芯本体，所述第一砂芯本体具有第一薄弱部，所述第一薄弱部具有第一造型面和第一非造型面，所述第一非造型面向着所述第一砂芯本体的两侧伸出形成凸部。

2.  根据权利要求1所述的发动机缸体铸造砂芯，其特征在于，所述第一薄弱部为发动机缸体的主油道成型部，所述第一造型面为主油道造型面。

3.  根据权利要求1所述的发动机缸体铸造砂芯，其特征在于，所述第一砂芯本体还具有至少两个厚部，所述第一薄弱部位于两个所述厚部之间，且所述厚部与所述第一薄弱部为连续的一体结构。

4.  根据权利要求1所述的发动机缸体铸造砂芯，其特征在于，所述第一砂芯本体为并列的多个，相邻的第一砂芯本体之间通过所述凸部连接。

5.  根据权利要求1至4中的任一项所述的发动机缸体铸造砂芯，其特征在于，所述第一砂芯本体用于回油腔或上气腔的成型。

6.  一种发动机缸体铸造型芯结构，其特征在于，包括如权利要求1至5中的任一项所述的发动机缸体铸造砂芯、缸孔芯，所述第一砂芯本体两端被固定，所述缸孔芯在曲轴箱造型部设有凹部，所述凹部与所述凸部形状互补，所述第一砂芯本体横置在所述缸孔芯下方且所述凹部与所述凸部贴合。

7.  根据权利要求6所述的发动机缸体铸造型芯结构，其特征在于，还包括芯撑和第二砂芯本体，所述第二砂芯本体具有第二薄弱部，所述第二砂芯本体横置在所述缸孔芯上方，所述芯撑支撑在所述第二薄弱部上方。

8.  一种发动机缸体铸造方法，其特征在于，包括：
在模具中构建如权利要求6所述的发动机缸体铸造型芯结构；
浇注金属液体；
清砂及移除缸孔芯，所述凸部位置形成连通回油腔或上气腔与曲轴箱的开口。

9.  根据权利要求8所述的发动机缸体铸造方法，其特征在于，在构件发动机缸体铸造型芯结构时，还采用芯撑和第二砂芯本体，所述第二砂芯 本体横置在所述缸孔芯上方，所述芯撑支撑在所述第二薄弱部上方。

10.  一种发动机缸体，其特征在于，所述发动机缸体的回油腔或上气腔存在铸造形成的与曲轴箱连通的开口。

说明书发动机缸体铸造砂芯、型芯结构、铸造方法及发动机缸体
技术领域
本发明涉及发动机铸造领域，具体涉及发动机缸体铸造砂芯、型芯结构、铸造方法及发动机缸体。
背景技术
缸体是发动机的骨架，各个零部件和辅助系统的元件都要安装在缸体上。为了保证缸体在承受拉弯和振动等复杂应力状态下工作，对缸体的强度、刚度都有很高的要求。
如图1所示，发动机缸体100的设计基本采用框架式结构，目前大多采用在缸体的左右两侧分布有回油腔110和上气腔120，且在回油腔110的中部靠下位置布置有主油道130。一方面缸盖的润滑油通过回油腔110回到油底壳，另一方面曲轴箱气体通过上气腔120到达油气分离器。
该结构不仅实现了缸盖回油和曲轴箱通气的功能，而且对缸体的刚度和强度起到加强作用，降低了缸体的变形，使缸体能够承受更高的爆压，满足了性能和排放不断升级的要求。
如图2所示，以形成回油腔110的砂芯200为例，该砂芯200较长，且为了主油道130的造型，在砂芯本体200的形成主油道的位置，即图2中的主油道成型部230处，油腔砂芯较其它位置薄，因此形成了一个薄弱部，而在薄弱部两侧为相对的厚部240。在浇注金属液体时，砂芯200的两端依靠固定结构210和固定结构220固定。事实上，在浇注金属液体完成后，铁水要填充主油道成型部230，但此时并无主油道130，主油道130是在主油道成型部230处的铁水凝固后通过机加工的方式形成的。主油道造型面231成为铁水凝固后的成型面，或者说是回油腔110的内表面的一部分。
参考图3，现有技术中缸体100采用的铸造方式为：砂芯200横置， 回油腔110朝下、上气腔120朝上，或上气腔120朝下、回油腔110朝上的方式。以前一种铸造方式为例，在浇注金属液体过程中，由于铁水浮力f很大，在铸造时油腔砂芯200的薄弱部230容易断裂。即使回油腔砂芯200未在薄弱部230处发生断裂，由于目前的铸造工艺对于砂芯200的固定位置分布在两端，依靠固定结构210和固定结构220固定，在铁水的浮力f作用下，砂芯200会变形，外轮廓由图3中的实线形状变化为虚线形状，导致铸造后的回油腔壁厚不均匀，对缸体100的刚度和强度不利。
现有技术中为解决薄弱部230断裂或者砂芯200变形问题，如图4所示，在薄弱部230附近采用芯撑300支撑砂芯200来抵消铁水浮力f的影响。芯撑300支撑在缸体外模上，浇注金属液体完后芯撑300留在铁水中形成缸体100的外壁的一部分。
在实际浇注金属液体中，由于图1中的缸体100左右两侧都有回油腔110或上气腔120，则如图5所示，上方的砂芯200能够采用芯撑300，而下方(靠近铸造模具底面)的一侧采用芯撑的话无法找到支撑点，例如在两个缸孔140之间需要连续的铁水填充，因此无法采用芯撑的方法抵消铁水的浮力对砂芯200的影响，进而导致砂芯200变形，缸体回油腔壁厚不均，甚至在铸造过程中由于铁水浮力而砂芯200断裂的问题，严重影响了生产节拍和成品率，造成了工时和成本的增加。也就是说，采用芯撑的方法无法彻底解决铸造时砂芯变形和断裂的问题。
发明内容
本发明的目的是解决发动机缸体铸造过程中砂芯变形和断裂的问题，为此本发明的实施例提供了如下技术方案：
一种发动机缸体铸造砂芯，包括第一砂芯本体，所述第一砂芯本体具有第一薄弱部，所述第一薄弱部具有第一造型面和第一非造型面，所述第一非造型面向着所述第一砂芯本体的两侧伸出形成凸部。
优选地，所述第一薄弱部为发动机缸体的主油道成型部，所述第一造型面为主油道造型面。
优选地，所述第一砂芯本体还具有至少两个厚部，所述第一薄弱部位 于两个所述厚部之间，且所述厚部与所述第一薄弱部为连续的一体结构。
优选地，所述第一砂芯本体为并列的多个，相邻的第一砂芯本体之间通过所述凸部连接。
优选地，所述第一砂芯本体用于回油腔或上气腔的成型。
一种发动机缸体铸造型芯结构，包括如上所述的发动机缸体铸造砂芯、缸孔芯，所述第一砂芯本体两端被固定，所述缸孔芯在曲轴箱造型部设有凹部，所述凹部与所述凸部形状互补，所述第一砂芯本体横置在所述缸孔芯下方且所述凹部与所述凸部贴合。
优选地，上述缸体铸造型芯结构，还包括芯撑和第二砂芯本体，所述第二砂芯本体具有第二薄弱部，所述第二砂芯本体横置在所述缸孔芯上方，所述芯撑支撑在所述第二薄弱部上方。
一种发动机缸体铸造方法，包括：
在模具中构建如上所述的发动机缸体铸造型芯结构；
浇注金属液体；
清砂及移除缸孔芯，所述凸部位置形成连通回油腔或上气腔与曲轴箱的开口。
优选地，在构件发动机缸体铸造型芯结构时，还采用芯撑和第二砂芯本体，所述第二砂芯本体横置在所述缸孔芯上方，所述芯撑支撑在所述第二薄弱部上方。
一种发动机缸体，所述发动机缸体的回油腔或上气腔存在铸造形成的与曲轴箱连通的开口。
本发明利用在砂芯的第一薄弱部的第一非造型面上伸出的凸部，来加强薄弱部的重量，而且该凸部不影响主油道位置的正常成型，而在铸造中，首先利用缸孔芯的凹部与砂芯的凸部的贴合，利用缸孔芯的曲轴箱造型部下压砂芯的凸部，其次凸部本身的重量能够减小铁水浮力的不利影响，使得砂芯的薄弱部不能向上发生形变。而铸造完成后，经过清砂，由于凸部被清掉，自然形成了一个因铸造形成的连通上气腔或回油腔与曲轴箱的开口，该开口能够作为曲轴箱的通气口，铸造工艺更加简单，通气更加顺畅。
附图说明
接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明，其中：
图1是一种典型的发动机缸体的立体图；
图2是现有技术的砂芯的立体图；
图3是现有技术的回油腔浇注金属液体过程示意图；
图4是现有技术中采用芯撑时的回油腔浇注金属液体过程示意图；
图5是现有技术中发动机缸体铸造型芯结构图；
图6是本发明的第一个实施例的第一砂芯本体的立体图；
图7是本发明的第一个实施例的第一砂芯本体的主视图；
图8是本发明的第二个实施例的第一砂芯本体的立体图；
图9是本发明的实施例的发动机缸体铸造型芯结构图；
图10是采用现有技术的砂芯和型芯铸造出的发动机缸体的立体图；
图11是采用本发明的实施例的砂芯和型芯铸造出的发动机缸体的立体图。
图中标记说明：100、发动机缸体，110、回油腔，120、上气腔，130、主油道，140、缸孔，150、曲轴箱，200、砂芯，210、固定结构，220、固定结构，230、薄弱部，231、主油道造型面，240、厚部，300、芯撑，400、第一砂芯本体，410、第一薄弱部，411、第一造型面，412、第一非造型面，420、厚部，430、凸部，500、第二砂芯本体，510、第二薄弱部，600、缸孔芯，610、缸孔造型部，620、曲轴箱造型部，621、凹部,700、发动机缸体，710、回油腔，720、上气腔，740、缸孔，750、曲轴箱，760、开口。
具体实施方式
结合图6和图7，本实施例中的发动机缸体铸造砂芯，包括第一砂芯本体400，与图2中的砂芯200相同的是，第一砂芯本体400具有第一薄弱部410，第一薄弱部410具有第一造型面411和第一非造型面412。与图2中的砂芯200不同的是，在本实施例中，第一非造型面412向着第一砂芯本体400的两侧伸出形成凸部430。第一砂芯本体400用于图1中的回油腔110或者上气腔120的成型。以用于回油腔110的成型为例，第一砂 芯本体400的第一薄弱部410为发动机缸体的主油道成型部，该部分由于需要为铸造完成后的主油道加工预留更多的金属材料，因此较第一砂芯本体400的其余部分薄弱，而相对第一薄弱部410来说，第一砂芯本体400具有相对厚的两个厚部420，第一薄弱部410位于两个厚部420之间，第一薄弱部410与第二薄弱部420为连续的一体结构。实际应用中，为了配合发动机缸体的其它造型，也可能利用第一薄弱部410形成其它需要在铸造过程中预留较多金属材料的结构，并且能够具有仅一个厚部420。在本实施例中，第一造型面411为主油道造型面，即铸造完成后，所加工的主油道130是沿着第一造型面411的轴向方向延伸的。实际上，清砂后，第一造型面411成为铁水凝固后的成型面，或者说是回油腔110的内表面的一部分。而第一非造型面412在清砂后形成回油腔110的内壁的侧面，该面并不涉及主油道130的加工，或者说，主油道130并不穿过第一非造型面412处的金属材料。
参考图8，在本实施例中，第一砂芯本体400为并列的多个，相邻的第一砂芯本体400之间通过凸部430连接，这在需要形成多个回油腔110或者上气腔120时，能够使得砂芯的布置更加方便。
参考图9，本实施例中的发动机缸体铸造型芯结构包括图6、图7或图8中的发动机缸体铸造砂芯、缸孔芯600、芯撑300和第二砂芯本体500。第二砂芯本体500的结构能够与图2或图3中的结构相同，为了与第一砂芯本体400进行区分，将第二砂芯本体500的薄弱部称为第二薄弱部510。缸孔芯600具有缸孔造型部610和曲轴箱造型部620，缸孔造型部610用于图1中的缸孔140的成型，曲轴箱造型部620用于发动机缸体的曲轴箱的成型。缸孔芯600在曲轴箱造型部620处设有凹部621，凹部621与凸部430形状互补。在构建发动机缸体铸造型芯时，与图2类似，将第一砂芯本体400两端固定，然后将第一砂芯本体400横置在缸孔芯600下方，即，第一砂芯本体400的长度方向接近水平，或者说铸造完成后，图1中的发动机缸体100的侧面的回油腔110实际处于下方。缸孔芯600的凹部621与第一砂芯本体400的凸部430贴合。而第二砂芯本体500横置在缸孔芯600上方，芯撑300支撑在第二薄弱部510上方。
在本实施例中，第一砂芯本体400用于铸造形成回油腔，第二砂芯本体500用于铸造形成上气腔，但实际生产中也能够采用第一砂芯本体400铸造上气腔。
在铸造模具中构建好如图9所示的发动机缸体铸造型芯结构后，向模具中浇注液体金属，由于处于下方的第一砂芯本体400的第一薄弱部410的第一非造型面412上伸出的凸部430的存在，使缸孔芯600的凹部621与第一砂芯本体400的凸部430的贴合，首先浇注过程中能够利用缸孔芯600的曲轴箱造型部620下压该凸部430，使得浮力f不能使第一薄弱部410向上发生形变，其次凸部430使得第一薄弱部410的重量得到提高，凸部430本身的重量能够减小铁水或其它金属液体的浮力的不利影响，因此在浇注金属液体的过程中，第一薄弱部410更难发生形变或者断裂。而对于第二砂芯本体500，用于芯撑300的支撑，其第二薄弱部510也不会发生形变或断裂。
对比图10和图11。其中图10是将图1中的发动机缸体100从底部观察得到的视图。在现有技术中，浇注完成后，经过清砂及移除型芯，回油腔110与缸孔140、曲轴箱150成型，并且曲轴箱150与回油腔110或者上气腔120之间被金属材料隔绝。而在图11中，浇注完成后，经过清砂及移除型芯，缸孔芯600被移除，缸孔芯600的缸孔造型部610的位置形成缸孔740，曲轴箱造型部620的位置形成曲轴箱750，而发动机缸体700在对应凸部430与凹部621贴合的位置，由于凸部430连同整个第一砂芯本体400被清掉，自然就形成了一个连通回油腔710与曲轴箱750的开口760。
在实际生产中，发动机缸体700的上气腔720也能够采用第一砂芯本体400进行铸造，并且铸造完成后，上气腔720也能够由于凸部430被清理掉而形成与曲轴箱750连通的开口760，该开口760能够作为曲轴箱750的通气口，并使曲轴箱气体通过开口760到达油气分离器，铸造工艺简单。
虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。