气缸体水套砂芯热芯盒的优化设计

      车用发动机气缸体是复杂薄壁铸件的典型代表，其铸造技术复杂、难度高是民用机械产品中首席典型件，而其干式缸套气缸体水套砂芯（以下简称水套砂芯）的制作工艺则又是其铸造生产中难点之一，故其水套砂芯热芯盒的设计则便是铸造工作者长期研究（优化）的恒久型课题，无论是其对铸件本身质量及合格率的提高，还是市场的需求，都要求其必须与时俱进。对于气缸体水套砂芯的制作工艺及其热芯盒的设计，目前虽也有一些资料对其进行研究，但因其一方面研究对象不同，另一方面，根据笔者近几年来对国内较多的相关铸造厂（以下简称工厂）及专业模具制作公司（以下简称公司）的考查了解和研究，发现一些相关热芯盒的设计尚有较多不尽合理之处。故在此，笔者根据近几年来应用人体工效学、绩效理论、黄金分割原理等的研究，探索出的一些心得，针对目前国内应用已较为普遍的GSR2制芯机制作水套砂芯热芯盒可作优化设计方面作一专题研究和讨论，旨在为该类重要铸造工装的规范化和优化设计积累一点资料供同行参考。

发动机对清洁度的要求

     现代发动机对清洁度的要求十分苛刻。对汽缸体(汽缸盖)铸件而言，水腔、油腔、挺杆室等部位允许残留的砂粒和异物，仅限为数克(g)以内。许多企业尽管采取了二次抛丸、强力抛丸，甚至引进了先进的抛丸设备，如鼠笼或机械手抛丸，要完全达到内腔清洁度要求，仍然较为困难，无论是壳芯或冷芯，情形均一样。

     原因

     清洁度达不到要求，从根本上来说是由于铸件结构方面的原因，上述各腔在抛丸时，因为出砂孔眼少而小；铁丸所能投射进去的量有限，所以内腔的光洁度与清洁程度均不及铸件的外表面，也不及曲轴箱和缸筒面等部位。在不能改变铸件结构的情况下，只能查找影响清洁度其他方面的原因。  

     1 砂芯表面状况不良，如充填不紧实；砂芯表面粗糙；粘模等。

     2 施涂不当，如涂料性能差，玻美度不合适，涂层厚度不够等。

     3 现有强力抛丸装置对铸件大部分内外表面都能清理得很干净，但对狭窄复杂的水腔、油腔仍显不足。

    对策  

    1改善和提高砂芯表面质量状况，如选用流动性好的制芯材料(安息角d9e)；合理设置排气塞并加以维护使其畅通；施用品质好的脱模剂防止粘模等，这些措施的目的是得到表面紧实致密的砂芯。  

    2通常都要对坭芯施以涂料层。涂料玻美度要合适；涂料要有较强的渗透性；涂料层要有一定厚度(一般要达0.2mm)，涂层干燥后不能显见砂粒为宜；选用的涂料防粘砂性能优良，在浇注温度下能在铸件表面形成一低熔点的烧结层，而且在铸件冷却过程中因收缩率的不同能自动剥离下来。  

    3 如3.0所述，要努力避免防止脉纹缺陷的产生。一旦出现脉纹，铸件的内腔清洁度情况，就更加恶化。有关措施见3.2。  

    4对铸件内腔清理，国内外的主流工艺方法是采用强力机械抛丸的方式，其型式有鼠笼抛丸，机械手夹持抛丸等。对这类抛丸设备，要维护达到额定抛丸电流值，要调整最1佳抛射角度，对后一种抛丸型式，还可对难以清理的内腔将程序设置在最1佳人射角度时适当延长抛射时间。  

    此外，还有以下几种改善和提高内腔清洁度的手段：  

    a、电液压清理，其原理是将待清理铸件置于水池中，在高能量放电过程中，所产生的高压冲击波将粘附在铸件上的砂粒振击脱落。理论上说水能浸入的孔腔内，其粘砂均能清理干净，但这种方法占地面积大、耗能高、流程长(尚要倒空内腔积水并烘干水迹)、维护量大，也有一定的安全问题。

    b、先将铸件置于炉内焙烧，再进行抛丸。这种方法提高铸件清洁度的效果还是很明显的，但同样是能耗较高、周期长，如以煤炭作加热炉燃料，则作业环境较差。

    c、有的厂家除采用强力抛丸以外，还针对水道腔或油道腔进行喷丸清理。这种方法对提高内腔清洁度最有效，所能达到的清洁度水平最1高，但目前仅有此类通用单机产品，尚需人工握持喷丸头伸进密封的工作室对准有关出砂孔喷射，劳动强度大、环境恶劣。期待着专用的自动喷丸设备在汽缸体(汽缸盖)清理生产线上应用

造型机工作原理及结构简单介绍

   造型机用于制造砂型的铸造设备。它的主要功能是：填砂，将松散的型砂填入砂箱中；紧实型砂，通过震实、压实、震压、射压等不同方法使砂箱中松散的型砂紧实，使砂型在搬运和浇注等过程中具有必要的强度；起模，利用不同机构将模样从紧实后的砂型中取出。造型机最早出现于19世纪中期，早期的造型机是一种简单的手动压实带起模的机构，后来采用压缩空气作为震实和压实型砂的动力。1890年出现了震击式造型机，使造型效率和砂型精度都有了提高。造型机按其紧实型砂的方法不同可分为压实式、震实式、震压式、射压式造型机和抛砂机。

造型机的分类

压实式造型机

利用气压或液压通过压头或模样对砂箱内的型砂施加压力来紧实型砂。其压强一般为0.25～0.4兆帕。这种造型机,使远离施压面的砂型紧实度差。20世纪50年代初出现了高压造型机，砂型平面上的压强在 0.7兆帕以上。高压造型机的压头分为平压头、成形压头和多触头压头等几种结构形式。其中以高压多触头造型机应用最为广泛。高压多触头造型机压头分割成许多可上下运动的小方块──触头，通过液压缸可获得很大的压实力。压实时,各触头按其下面的模样高度(即受压砂层厚度)施加相应的压力,使砂型获得很高的、均匀的紧实度和硬度。这类造型机都设有微震震击机构，能够适应复杂模样的造型。高压多触头造型机多采用四立柱结构，有单工位式和双工位式。为了适应中小批量铸件的生产，这种造型机多附有模板快换装置，更换模板时，造型机不必停机。采用高压多触头造型，砂型铸造能浇出薄壁、尺寸精1确、表面光洁的铸件。

震实式造型机

此种造型机又可分为震击式和微震式造型机两种。砂箱和模样固定在造型机的工作台上，利用工作台下落时与砧座撞击面的相撞、砂粒的惯性来紧实砂型。这种造型机噪声严重，所造砂型上部的紧实度很低，已被微震压实造型机所代替。

震压式造型机

对震实的砂型再进行压实，可以获得上下部紧实的砂型。常用的是微震压实式造型机（见图），利用工作台下落与浮动的震铁相撞，微震紧实型砂，再进行压实。微震是以较高频率（500～1000次/分），小振幅（5～25毫米）的振动代替震击式造型机的低频率 (60～120次/分)、大振幅的振动。这种造型机造出的砂型质量好，对基础要求也较低。 造型机

射压式造型机

它是利用压缩空气将型砂均匀地射入砂箱预紧实，然后再施加压力进行压实。常用的有垂直分型无箱射压造型机和水平分型脱箱射压造型机。垂直分型无箱射压造型机造型不用砂箱，型砂直接射入带有模板的造型室，所造砂型尺寸精度高，因砂箱两面都有型腔，生产率很高，但下芯比较困难，对型砂质量要求严。水平分型脱箱射压造型机利用砂箱进行造型，砂型造好后合型脱箱，下芯比较方便，生产率高。

抛砂机

利用旋转叶片抛出砂团紧实砂型。抛砂机的特点是填砂与紧实同时进行，机器结构简单、重量轻，适应性强。但叶片易磨损，生产率较低。