Как отлить блок цилиндров (6 видео)

В таблице помещён небольшой обзор применяемых для алюминиевого литья литейных процессов и соответствующих литейных форм. В нижеследующих подразделах описываются определённые литейные процессы, а также поясняются их преимущества и недостатки.

Содержание

Литьё в песчаные формы
Литьё в кокиль
Свободное литьё в кокиль
Литьё в кокиль под низким давлением
Литьё под давлением
Прессование (Squeeze Casting)
Отливка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания и способ ее получения
🎬 Видео

Литьё в песчаные формы

Литьё в песчаные формы является традиционной технологией литья в формы с разрушаемыми (теряемыми) песчаными формами. Формы, применяемые для одной единственной отливки, изготавливаются, в принципе, из кварцевого песка как основного материала формы с применением связующих средств. Изготовление форм производится копированием моделей из дерева, металла или пластмассы и позволяет получать отливки сложной формы путём разъёма и разделения модели и формы. После застывания отливок песчаные формы разрушаются, а песчаные стержни, служащие для достижения недоступных и необрабатываемых полостей, вытряхиваются или вымываются. Обычно применяемое литьё в песчаные формы играет в серийном производстве второстепенную роль. Главная область применения — изготовление прототипов и малых серий. Экономично литьё в песчаные формы в форме автоматизированного метода стержневого пакета (CPS = core package system). Чистый процесс литья в песчаные формы (форма и стержни изготовлены из песка) производится методом свободной заливки форм или методом литья под низким давлением. На Изображении 1 показано литьё в песчаные формы методом свободной заливки форм.

Литьё в кокиль

При литье в кокиль жидкий алюминий разливается в долговременные металлические формы из чугуна или жароупорных сталей. При данном методе литья конструкция и свобода её конструирования зависят, однако, от того, производится ли отливка методом свободной заливки форм или методом литья под низким давлением. По сравнению с литьём в песчаные формы при литье в кокиль достигается лучшее качество поверхности и большая точность размеров отливок

Свободное литьё в кокиль

При свободном литье в кокиль заполнение формы происходит исключительно под влиянием действующей на металл силы тяжести при атмосферном давлении. Отливка производится вручную или на частично или полностью автоматизированных литейных машинах. При данном методе существует достаточно большая свобода конструирования, поскольку возможно применение песчаных стержней (изобр. 3). Таким образом, реализуемы также разрезы сзади или полости, недостижимые механообработкой. Благодаря быстрому, направленному застыванию расплава при методе свободного литья в кокиль по сравнению с литьём в песчаные формы достигается более тонкая структура, более высокая прочность, а также неограниченные возможности по работе с теплом.

Литьё в кокиль под низким давлением

При литье под низким давлением расплав при относительно низком избыточном давлении (для алюминиевых сплавов — от 0,2 до 0,5 бар) поднимается в кокиль и при этом давлении застывает Речь идёт, — если речь идёт о давлении, — собственно, о давлении заполнения, необходимом для того, чтобы жидкий металл доставить в литейной машине наверх, в форму. Давление заполнения поддерживается до тех пор, пока не произойдёт затвердевание, от самого удалённого места до среза сифонного литника (входное отверстие литейной формы). Тем самым почти идеально происходящее, направленное затвердевание и заполнение формы без турбулентности являются существенным основанием высокой ценности отливок под низким давлением. Как и при свободном литье в кокиль, и при данном методе применимы стержни из песка, дающие в достаточной степени простор для конструирования формы.

Видео:Как делают блок двигателяСкачать

Читайте также: Камминз камаз 6 цилиндров 300

4. Литейная печь с расплавом

6. Подъёмное приспособление

Литьё под давлением

При литье под давлением расплав под высоким давлением и с большой скоростью впрыскивается в долговременные формы из улучшенной жаропрочной стали. Металл течёт под давлением в полости формы. В конце заполнения формы давление на жидкий металл возрастает до 700 — 1000 бар. Давление поддерживается в процессе затвердевания металла. Это позволяет получить самую точную передачу формы по сравнению с другими методами литья. Тем самым достижимы узкие поля допусков размеров, резкость контуров и качество поверхности с малыми припусками на обработку. Благодаря высокому съёму продукции с квадратного метра площади речь идёт об очень экономичном методе литья. Этот метод имеет, однако, также определённые недостатки. Так, увеличивающая прочность двойная термообработка, в общем, невозможна, поскольку заключённые в материале пузырьки воздуха или газовые поры, образующиеся из-за толчкообразного наполнения формы, при определённых условиях создадут трудности. Также следует назвать ещё имеющуюся в настоящее время ограниченную свободу конструирования, поскольку при литье под давлением не могут быть применены для литейных полостей никакие обычно применяемые песчаные стержни. Обычно применяемые песчаные стержни были бы разрушены высоким давлением литья и сделали бы отливку непригодной. Однако происходит дальнейшее развитие литейной технологии. В настоящее время разрабатываются такие песчаные стержни, которые могут выдерживать высокое давление литья в процессе литья под давлением.

Прессование (Squeeze Casting)

Речь идёт, в принципе, о литье под давлением с несколько иными преимуществами и недостатками. Конструкция литейной машины, однако, отличается. Создание давления при прессовании происходит в конце процесса заполнения формы, который идёт значительно медленнее, чем при литье под давлением. Расплав, в отличие от литья под давлением, выдавливается в форму не в течение нескольких миллисекунд; процесс литья длится значительно дольше, до нескольких секунд. Это особенно важно при заливке чувствительных заливаемых частей, таких, как, напр. Silizium Preforms (LOKASIL метод) или усиления волокном постели под подшипники. Впрыск расплава, как это делается при литье под давлением, повредил или разрушил бы эти чувствительные части, сделав данную отливку негодной. Благодаря отсутствию турбулентности при заполнении формы прессованные части полностью термообрабатываемы для увеличения прочности.

Отливка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания и способ ее получения

Изобретение относится к литью в металлические формы. При отливке блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания гильзы перед установкой их в форму нагревают. В процессе заливки сплава в форму знаковые части песчаных стержней через вентиляционные каналы в металлических матрицах формы подсоединяют к вакуумной системе. Гильзы имеют кольцевые уплотняющие буртики на внешней боковой поверхности. Торцевые поверхности буртиков выполнены как плоскими, так и в виде усеченных конусов, обращенных большими основаниями в сторону торца гильзы, у которого они расположены. Нагрев гильз до температуры, меньшей температуры начала изменений микроструктуры материала гильз, но большей температуры кристаллизации материала отливки, обеспечивает плотный контакт гильз с телом отливки. Наличие буртиков на гильзе приводит к обжатию их сплавом отливки, что обеспечивает герметичность рубашки охлаждения блока цилиндров. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области литья в металлические формы деталей из алюминиевых сплавов, в частности блоков цилиндров ДВС с залитыми чугунными гильзами, а также к конструкциям указанных гильз цилиндров.

Видео:Блок Двигателя! Чугун или Алюминий! Никасил и АлюсилСкачать

Известны блоки цилиндров ДВС, отлитые из алюминиевых сплавов с залитыми в тело блока чугунными гильзами цилиндров, выполненные методом литья под давлением (ЛПД) [1,2].

Этот способ получения отливок блока экономически целесообразен лишь при производстве ДВС с малым рабочим объемом цилиндров (менее 2,0 л) и относительно небольшой массе отливки, т. к. стоимость литейного оборудования напрямую зависит от массы отливки. Кроме того, технология ЛПД дает возможность получения блоков только с открытой верхней плоскостью (open deck) [3], что затрудняет применение блоков такой конструкции на ДВС c рабочим объемом более 2,0 л.

Читайте также: Цилиндр вписан в конус каковы математические соотношения между радиусом конуса

Известны также отливки блоков цилиндров, получаемые методом гравитационного литья в металлические формы с применением песчаных стержней [1].

В отличие от способа получения отливок ЛПД этот способ не требует применения дорогих и сложных литейных машин, позволяет получать крупногабаритные отливки с массой в несколько десятков килограммов, а также дает возможность конструктивно выполнять такие отливки с закрытой верхней плоскостью (closed deck), что значительно повышает жесткость верхнего пояса блока цилиндров и позволяет более надежно уплотнить газовый стык между блоком и головкой. В то же время при выполнении отливок блоков указанным способом возникают серьезные проблемы по обеспечению плотности и герметичности стенок водяной рубашки, надежности контакта гильз с материалом блока в случае, например, необходимости изготовления отливок с водяными протоками между заливаемыми гильзами, т. к. в таком случае толщина стенок отливки около чугунных гильз может составлять всего 3-3,5 мм.

Известно, что для создания плотного слоя алюминиевого сплава вокруг наружной поверхности гильз, гильзы перед установкой в формы в ряде случаев предварительно нагревают, например, до температуры около 200 o C [2].

Для достижения надежности посадки гильз в тело блока также используется рифление наружной поверхности гильз кольцевыми канавками [2].

Видео:Как отливают блоки цилиндровСкачать

При гравитационном способе получения отливок блока с протоками между гильзами упомянутые выше условия посадки гильз в тело блока не гарантируют герметичность водяной рубашки, т.к. при малой толщине стенок отливки в межгильзовом пространстве (как уже указывалось ранее — не более 3,5 мм) не обеспечивается их плотность. В связи с этим может возникать сообщение полости водяной рубашки с атмосферой через поры и неспаи упомянутых стенок, неплотности в пограничном слое между наружной поверхностью гильз и окружающими их стенками водяной рубашки с выходом к торцам гильз.

Опыт освоения промышленного производства отливок блока цилиндров автомобильного 4-цилиндрового ДВС с рабочим объемом цилиндров 2,9 л методом гравитационного литья (масса отливки около 30 кг) показал, что известные приемы обеспечения надежного контакта гильз с телом блока и получения герметичности полости водяной рубашки не дают положительных результатов.

Задачей настоящего изобретения является создание отливки блока цилиндров ДВС и способа ее получения, при котором улучшается контакт залитых чугунных гильз с телом блока и повышается плотность стенок отливки, за счет чего обеспечивается герметичность водяной рубашки блока.

Предлагаемое изобретение решает эту задачу следующим образом. На боковой поверхности гильзы у обоих ее торцев выполнены кольцевые буртики, что обеспечивает обжатие и уплотнение стыка между телом блока и гильзой по внешним торцевым поверхностям буртиков при остывании сплава. Буртики могут выполняться как с плоскими торцевыми поверхностями, так и с торцевыми поверхностями в виде усеченных конусов, большие основания которых обращены к ближнему торцу гильзы. Перед установкой гильз в форму их нагревают до температуры, меньшей, чем температура начала изменений в микроструктуре материала гильзы на 100-120 o C, но большей, чем температура кристаллизации материала отливки на 20-30 o C, а знаковые части песчаных стержней, образующих водяную рубашку блока, через вентиляционные каналы в металлических матрицах формы подсоединяют к вакуумной системе в процессе заливки и кристаллизации металла в форме.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен продольный разрез отливки блока цилиндров до извлечения ее из формы и выбивки песчаных стержней. Отливка изображена в том положении, в котором ведется заполнение формы расплавом. Литниковая система не показана.

Читайте также: Мемы про четвертый цилиндр

Видео:А разве так можно расточить блок цилиндров своими руками.Скачать

На фиг.2 изображен поперечный разрез этой отливки.

На фиг. 3 и фиг. 4 изображены гильзы с различными вариантами выполнения кольцевых буртиков на наружной боковой поверхности.

Форма состоит из боковых матриц 1 и 2 и торцевых матриц 3 и 4, верхнего металлического стержня 5 и нижней плиты 6. На металлических стержнях 7, закрепленных на нижней плите 6, установлены чугунные гильзы 8 с кольцевыми уплотняющими буртиками 9 и 10. В зоне установки гильз размещен песчаный стержень 11 водяной рубашки блока, имеющий несколько знаковых частей 12 с выходом в вентиляционные каналы 13 металлических матриц 1, 2, 3, 4.

Гильзы перед установкой подогреваются до температуры приблизительно 600 o C, которая выбрана исходя из следующих условий.

Увеличение температуры подогрева гильз перед их установкой в форму, например, до температуры заливаемого сплава (700-720 o C) позволяет значительно улучшить заполнение сплавом межгильзовых пространств и повысить плотность стенок отливки, прилегающих к гильзам, в особенности, где толщина стенок минимальная.

Однако при этом происходит недопустимое снижение твердости материала гильз из-за начала изменений в микроструктуре чугуна, в частности в связи с появлением зернистого перлита.

Если снизить температуру предварительного подогрева гильз на 100-120 o , то изменений в микроструктуре чугуна не происходит, твердость гильз практически не меняется, в то же время проливаемость и плотность стенок отливки, в том числе и в межгильзовом пространстве, получается удовлетворительной, т. к. температура гильз остается на 20-30 o выше температуры кристаллизации сплава, которая составляет 570-580 o C, что обеспечивает сохранение жидкотекучести расплава при заполнении полостей вокруг гильз цилиндров.

Видео:Как делают блоки цилиндровСкачать

При заливке жидкий алюминиевый сплав подается в металлическую форму одновременно сверху и снизу, образуя отливку 14 блока цилиндров.

С началом подачи расплава включается вакуумная система, которая через вентиляционные каналы 13 в металлических матрицах формы через знаковые части 12 песчаного стержня 11 отсасывает газы, образующиеся при выгорании стержневой смеси, благодаря чему улучшается проливаемость стенок отливки в межгильзовом пространстве.

После кристаллизации и остывания расплава вследствие различия коэффициентов линейного расширения чугуна и алюминиевого сплава происходит обжатие гильз как по наружной боковой поверхности, так и по торцам материалом тела отливки благодаря наличию у обоих торцев гильз кольцевых уплотняющих буртиков.

Источники информации 1. Смоль Г. И. Американские легковые автомобили (обзор). — М.: ЦНТИ, 1961, с. 23-33.

2. Конструкция малолитражных двигателей. Сборник статей. — М.: Машиностроение, 1969, с. 98-100.

3. Автомобильная промышленность США. 1993, N 4, с. 18-23.

1. Отливка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава, содержащая залитые чугунные гильзы с кольцевыми уплотняющими буртиками, расположенными на внешней боковой поверхности гильз у обоих торцов, отличающаяся тем, что торцевые поверхности буртиков выполнены как плоскими, так и в виде усеченных конусов, обращенных большими основаниями в сторону торца гильзы, у которого они расположены.

Видео:Как сделать блок цилиндровСкачать

2. Способ получения отливки блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава методом гравитационного литья в металлические формы с песчаными стержнями для образования водяной рубашки блока, имеющими знаковые части, включающий предварительный нагрев установленных в форму чугунных гильз перед заливкой сплава, отличающийся тем, что гильзы нагревают до температуры, меньшей температуры начала изменений микроструктуры материала гильз, но большей температуры кристаллизации материала отливки.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что знаковые части песчаных стержней подсоединяют к вакуумной системе в процессе заливки сплава в форму через вентиляционные каналы в металлической форме.