阅读说明：本技术 高强度铝合金集成排气缸盖及其倾转式铸造浇注成型工艺 (High-strength aluminum alloy integrated exhaust cylinder cover and tilting type casting and casting molding process thereof ) 是由 黄磊 廖飞虎 王飞 刘建宏 何煊 冯波 韩瑞雷 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：一种高强度铝合金集成排气缸盖及其倾转式铸造浇注成型工艺,在其缸盖本体的顶部、并在火花塞安装孔上设有冒口,在所述冒口下通过内部冒口依次与螺栓柱、挺杆台相接,在所述冒口的进料口部、并对应于内部冒口的上方处设有截流口；开始90度倾转过程中,铝液在较低的高度平稳地进入金属模具的集成排气腔,确保铝液前沿的氧化膜不会破裂,减少毛坯夹渣及气孔风险,有利于从铸件底部燃烧室到火花塞安装孔顶部的顺序凝固方式成形。本发明提高了缸盖的抗拉强度、屈服强度、延伸率等整体性能。此铸造工艺在质量水平、生产效率、铸件机械性能上位于领先水平,符合高质量、高效率、高性能的总体要求。(A high-strength aluminum alloy integrated exhaust cylinder cover and a tilting casting and casting molding process thereof are disclosed, wherein a dead head is arranged on the top of a cylinder cover body and a spark plug mounting hole, a bolt column and a tappet platform are sequentially connected below the dead head through an internal dead head, and a cutoff port is arranged at a feed port part of the dead head and above the dead head corresponding to the internal dead head; in the process of 90-degree tilting, the aluminum liquid enters the integrated exhaust cavity of the metal mold stably at a lower height, so that an oxide film on the front edge of the aluminum liquid is prevented from breaking, the risk of slag inclusion and air holes of a blank is reduced, and the sequential solidification mode from a casting bottom combustion chamber to the top of a spark plug mounting hole is facilitated to form. The invention improves the overall performances of the cylinder cover, such as tensile strength, yield strength, elongation percentage and the like. The casting process is in the leading level on the quality level, the production efficiency and the casting mechanical property, and meets the overall requirements of high quality, high efficiency and high performance.)

高强度铝合金集成排气缸盖及其倾转式铸造浇注成型工艺

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机领域，具体是涉及一种铝合金缸盖及其铸造浇注成型工艺。

背景技术

目前，对于铝合金集成排气缸盖的轮廓为512mm×314mm×141mm，其上下两层水道，水道芯的结构复杂且细长，水道与排气道之间有狭长薄壁，这些对制芯及浇注成型工艺带来技术上挑战。采用金属模具重力底注式铸造工艺的缺点是：从铸件底部(燃烧室)进料，不利于从铸件底部到顶部(冒口)的顺序进行凝固，需要加大冒口体积则此工艺出品率约低12％；从铸件底部进料致温度过高则凝固速率慢，很难满足产品机械性能及燃烧室SDAS要求；因带有浇道致使金属模具结构庞大、浇注时易漏铝，制作及维护成本高，固化时间长、生产效率低，容易产生渣孔、加工后暴露等铸造缺陷，铸造综合料废一般能控制在5％以内。采用金属模具重力顶注式铸造工艺的缺点是：铝液的进浇口位于铸件顶部罩边处，充填金属模具型腔时，由于落差过大造成铝液流动不平稳，发生飞溅、冲砂、卷气现象，容易引起铝液氧化，形成铸件内部二次氧化夹渣、浇口对应铸件的下表面氧化流痕及浇口周边产生大气孔，此铸造工艺铸件质量很难控制。采用金属模具低压铸造式工艺的缺点是：进浇口一般设置在铸件底面燃烧室周边，则凝固速率很慢，难于满足产品机械性能及燃烧室SDAS要求；在低压力下成型水道腔易粘砂而难于清理；砂芯在密闭的模具型腔内受热后而发出的气体不易排出，造成铸件内部气孔；火花塞安装孔与油板交接处壁厚变差较大，且离铸件底部浇冒口较远，则凝固时铸造应力大，往往热处理后出现裂纹现象，故此铸造工艺对缸盖质量很难控制。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种高强度铝合金集成排气缸盖及其倾转式铸造浇注成型工艺，其结构简单、工艺简捷，利用倾转铝液方式而在低位平稳进入金属模具型腔，避免二次氧化夹渣及气孔风险；从缸盖顶部冒口处进料，有利于铸件从底部至顶部的顺序进行凝固。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：高强度铝合金集成排气缸盖，包括缸盖本体、凸轮轴安装孔及挺杆台、火花塞安装孔、油嘴安装孔、燃烧室，在该缸盖本体内设有进排气道、上下水套、油道，在所述缸盖本体的顶部、并在火花塞安装孔上设有冒口，在所述冒口下通过内部冒口依次与螺栓柱、挺杆台相接，在所述冒口的进料口部、并对应于内部冒口的上方处设有截流口。

在所述缸盖本体的进排气道的侧边处设置水冷镶块。在所述冒口的外两侧装有夹紧台，所述冒口的顶部设有冒口最低高度刻度线。

所述高强度铝合金集成排气缸盖所采用的倾转式铸造浇注成型工艺为：在90度倾转进料前，金属模具的顶部、对应于缸盖铸件顶部的冒口的进料口部与浇口杯对接，浇口杯内的铝液面高度处于冒口的根部；开始90度倾转过程中，铝液在较低的高度平稳地进入金属模具的集成排气腔，确保铝液前沿的氧化膜不会破裂，减少毛坯夹渣及气孔风险，降低铸件毛坯废品率，在冒口的进料口部设置截流口，防止浇口杯的液面氧化膜提前进入金属模具型腔内而浮在冒口顶部；所述冒口下的内部冒口连接螺栓柱及挺杆台，防止其缩松同时对周边的挺杆台进行补缩；在金属模具的排气进料模块内、对应于缸盖本体的进排气道的侧边处设置有水冷镶块。

在该缸盖本体的设计阶段确保其排气侧罩边的壁厚为4.5-5.5mm，在铸造时排气侧罩边壁厚走正偏差；在该缸盖本体的设计阶段确保其进气侧罩边的壁厚为5.0-5.5mm，在铸造时进气侧罩边壁厚走正偏差。

采用本发明后，从缸盖的冒口进料，有利于从铸件底部燃烧室到火花塞安装孔顶部的顺序凝固方式成形，设置内部冒口连接螺栓柱及挺杆台，能进行有效补缩，保证了产品性能满足要求。本发明在排气进料模块内设置有水冷镶块，对于17kg毛坯批量连续生产固化时间在250S能长期稳定生产，体现了突破大铸件能够高效率生产优势。铸造综合废料率控制在2.3％以内。由于国六的实施对缸盖性能要求提升，其抗拉强度280Mpa、屈服强度220Mpa、延伸率≥4％、燃烧室SDAS(二次枝晶间距)≤25um；相对原整体性能要求提高15％以上。此铸造工艺在质量水平、生产效率、铸件机械性能上，在铝合金集成排气缸盖铸造领域位于领先水平，符合高质量、高效率、高性能的总体要求。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明作进一步的说明。

图1为本发明高强度铝合金集成排气缸盖的结构示意图。

图2为本发明的缸盖本体与浇口杯对接的结构示意图(90度倾转前)。

图3为本发明的缸盖本体与浇口杯对接的结构示意图(90度倾转后)。

图4为本发明的结构示意图(处于冒口补缩状态，局部截面)。

图5为本发明与水冷镶块相接的结构示意图(侧面)。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明高强度铝合金集成排气缸盖，包括缸盖本体1、(双顶置)凸轮轴安装孔15及挺杆台16(处于缸盖本体的中部)、(直排)火花塞安装孔18(处于缸盖本体的上部)、(直喷)油嘴安装孔22、燃烧室13(处于缸盖本体的底部)，在该缸盖本体1内设有进排气道14、上下水套21、(双排高压)油道20(及挺柱)，在所述缸盖本体1的顶部、并在火花塞安装孔18上设有冒口2，在所述冒口2下通过内部冒口10依次与螺栓柱17(凸台状)、挺杆台16相接，在所述冒口2的进料口部9(用于与浇口杯5对接)、并对应于内部冒口的上方处设有截流口19。

如图5所示，在所述缸盖本体1的进排气道14的侧边处(对应于浇注成型工艺所用的金属模具的排气进料模块23内)设置水冷镶块12(其与水冷却器相接)。如图1所示，在所述冒口2的外两侧装有夹紧台4，用于智能自动化浇注的工件(缸盖铸件)抓取。所述冒口2的顶部设有冒口最低高度刻度线3，实现自动化舀铝量的智能控制。

所述高强度铝合金集成排气缸盖所采用的90度倾转式铸造浇注成型工艺为：包括将铝合金液体引入铝合金缸盖成型的金属模具的浇口杯5，所述浇口杯设置于所述金属模具的排气侧的上方。如图2、图3所示，在90度倾转进料前，金属模具的顶部、对应于缸盖铸件顶部的冒口2的进料口部9与浇口杯5对接，浇口杯5内的铝液面高度处于冒口2的根部；开始90度倾转过程中(倾转角度从0度转至90度)，铝液在较低的高度(即落差较小)平稳地进入金属模具的集成排气腔7，确保铝液前沿6的氧化膜不会破裂，减少毛坯夹渣及气孔风险，降低铸件毛坯废品率。

如图2、图3、图4所示，在冒口2的进料口部9设置截流口19(宽度为20-25mm，其中宽度23mm为优选)，以防止浇口杯5的液面氧化膜提前进入金属模具型腔内而浮在冒口顶部。为了预防缸盖的集成排气法兰的热节产生缩松，在该缸盖本体1的设计阶段确保其排气侧罩边8的壁厚为4.5-5.5mm(其中壁厚5.0mm为优选)，在铸造时排气侧罩边壁厚走正偏差；所述冒口2下的内部冒口10连接螺栓柱(φ25×28mm)及挺杆台，防止其缩松同时对周边的挺杆台进行补缩；为了预防缸盖的高压油道及其挺柱的热节产生缩松，在该缸盖本体1的设计阶段确保其进气侧罩边11的壁厚为5.0-5.5mm(其中壁厚5.0mm为优选)，在铸造时进气侧罩边壁厚走正偏差。如图5所示，在金属模具的排气进料模块23内设置有水冷镶块12(对应于缸盖本体的进排气道的侧边处)，冒口宽度限制在23mm，确保开模时温度在450℃以下。从而满足17kg缸盖毛坯批量连续生产，固化时间在250S，能长期稳定生产，体现了突破大铸件能够高效率生产优势。

本发明的铸造浇注成型工艺优点为：从缸盖的冒口处进料，更加有利于从缸盖(铸件)底部的燃烧室单独设置水冷机构，加快凝固速率而从底部燃烧室到火花塞安装孔、冒口顶部的逐层顺序凝固方式成型，保证了产品性能能够满足相关高要求。