[发明专利]一种气缸盖铸件的芯型一体式造型方法

说明书

本发明涉及铸造技术领域内一种气缸盖铸件的芯型一体式造型方法，具体为在三维软件中建模气缸盖铸件的模型，然后进行铸造工艺设计，再在三维软件为将铸件模型与铸造工艺结构与一长方体砂坯求差，形成气缸盖铸件的整体砂型的三维模型，继续在三维软件中，将整体砂型进行阶梯式分型为与砂芯一体的上砂型和下砂型，再将上砂型和下砂型的三维数据导入3D砂型打印机，设置好打印参数，启动打印机，即可完成上砂型、下砂型的3D打印成形，完全替代原来的造型、制芯工艺，同时降低了砂型造型的难度，提高砂型精度，并且通过本发明的方法制作的各上砂型和下砂型，在不同的制作批次中完全可以互换通用，减少废品率。

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别涉及一种借助3D打印成型工艺制作气缸盖铸件的芯型一体式造型方法。

背景技术

气缸盖是中速柴油发动机上的关键零部件之一，材质为HT300（合金），其结构如图1和图2所示，其内部型腔结构非常复杂，尤其进、排气道外壁为最小壁厚位置，壁厚仅为8mm。气缸盖铸件内部结构主要包括进气道、排气道、下水腔、侧水腔、喷油孔、四个螺栓孔4、铸件底部还有一个形状复杂的顶部凹陷部位1，铸件各方向的侧部有若干个向外侧不同方向和方位的外突部位,这些外突部位分别分布着进气道进口4，下水腔进口9，侧水腔进口8、下水腔出口5、侧水腔出口7，铸件底部分布有进气道出口10和排气道出口11。

现有技术中，气缸盖主要是采用手工造型铸造，内部复杂结构全部由形状复杂的砂芯拼接形成。气缸盖气道为空间曲面，水腔包裹在气道周围，形状呈空间多维曲面。由于铸件结构复杂，需要分成多个砂芯，砂芯形状复杂并且结构薄弱，制芯困难。对于水腔芯，砂芯还需在中间设置通气绳，以实现在浇注过程中及浇注后，给砂芯进行排气，其操作复杂，因此对制芯工人的技能要求极高。合箱下芯时，需要通过不断用专用卡板测量型腔尺寸，调整砂芯间隙，来实现气道和水腔的尺寸控制，操作繁琐，还需要制作专用卡板，一般需要由工作至少十年以上的老师傅才能完成。气缸盖成品铸件经常由于合箱过程中操作不当，出现夹杂物或者壁厚偏薄，最终铸件打压渗漏不合而报废，行业内铸件废品率平均达到20-40%。

随着3D打印的应用越来越普遍，目前也出现了采用3D打印技术生产砂型，砂型成形工艺的设计根据设计者的经验会有显著不同，甚至有个别制造企业直接采用手工模具生产的工艺来生产气缸盖铸件所用砂型、芯。申请号：201510163079.4，《柴油机缸盖的铸造砂芯》，设计为4块砂型（芯），其复合整体式砂芯集成底盘砂芯、进气道部、排气道部、上水套部、下水套部、挺杆孔部采用激光烧结成形方法，其他砂型基本上不包含铸件内部结构，全是简单形状，采用数字化无模成型机数铣加工出来，生产组织管理难度大，而且成形效率低。另外，其设计了数量众多清砂窗，还需要用专门的粘芯去密封，铸件底部会形成大量的批缝（飞边）。

发明内容

本发明针对现有技术中上述气缸盖铸件铸造工艺中砂芯数量多，结构复杂，制芯难度大，装配过程复杂并且组装精度难以控制等多方面问题，提供一种气缸盖铸件的芯型一体式造型方法，借助3D打印技术，将复杂的砂芯结构一体集成在上砂型和下砂型中，减少装配定位，简化装组过程，保证铸件壁厚尺寸均匀，质量稳定，提高铸造合格率。

为实现上述目的，本发明的一种气缸盖铸件的芯型一体式造型方法，包括如下步骤：

步骤一,在三维软件中三维建模气缸盖铸件的三维模型，在模型上进行铸造工艺的三维设置，所述铸造工艺设计包括冒口设计、浇注系统设计和排气系统设计；

步骤二，根据铸件的结构和铸造工艺结构，进行砂型三维设计，在三维软件中建一长方体砂坯，使三维铸造工艺的外围轮廓外周吃砂量为80-150mm，砂坯顶面比直浇道、出气冒口顶面低30-80mm，以整个三维铸造工艺作为刀具，与长方体砂坯求差，形成具有完整型腔的整体砂型；