一般结构和铸造工艺性分析

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：5）气缸体的内腔结构、壁厚及壁的连接等方面，在满足气缸体工作性能要求的同时，应充分考虑有利于保证铸造质量。气缸本体1内镶入具有换气道的气缸套2。机架下部法兰10与机座部分相配合。

一、对气缸体结构的主要要求

1）气缸体结构及组合方式应使其体积小、质量小，有最大的结构强度及刚性，防止产生振动及变形。

2）当发动机在全载荷下工作时，气缸内的燃气温度很高。此时，气缸体的自然冷却不足以保证发动机的正常运转。故其结构应便于对气缸壁进行强制冷却，使缸壁温度保持在正常范围内。

3）在工作状态下，气缸体各部分的磨损程度不一致，其结构应保证在有局部损坏时容易更换。

4）气缸镜面（不另设气缸套时）的工作条件最为繁重，其结构应有利于这部分具有最好的强度、耐磨性、致密性及热稳定性等。

5）气缸体的内腔结构、壁厚及壁的连接等方面，在满足气缸体工作性能要求的同时，应充分考虑有利于保证铸造质量。如气缸体的整体形状，尤其是内腔结构应尽量简化；壁厚应适当，在能够保证所需强度的前提下，不要过厚或过薄，力求壁厚均匀；壁的连接力求平滑过渡，圆根半径不能过大或过小，避免造成局部金属聚积，形成铸造“热节”；避免采用封闭的内腔结构，要开设铸造孔，便于砂芯的固定、浇注时砂芯内气体的排除和清砂等。

二、气缸体的组合形式

柴油发动机气缸体按缸筒数量，在结构上可分为两类。

1.单体铸造气缸体

各气缸单体铸造，借凸缘法兰和螺栓连接成整体。这种形式多用于大型气缸体。

2.多缸筒铸成整体的气缸组或气缸排

随着现代铸造生产技术的发展、生产设备能力的提升，已铸造出有2～18个气缸筒的气缸组，甚至整排气缸筒的气缸排。在中高速柴油机中，因燃气压力高，要求整台柴油机具有最高的刚性，故均采用气缸排的结构。这种结构形式的主要优点是：

1）具有最高的结构强度和刚性。

2）减小了整台发动机的质量和体积。

3）简化了加工、装配工艺过程。

4）降低了总体成本，提高了生产率。

这种结构的主要缺点是：

1）由于气缸体的体积增大、质量增加和结构更加复杂，要求有大型铸造生产设备和高的铸造技术水平。由于铸造难度的增加、铸造内应力的加大等，更容易产生铸造缺陷。

2）当有局部铸造缺陷和损坏时，不便于更换。特别是气缸体的主要部位，即使只有轻微的铸造缺陷，因不允许用焊补的方法进行修复，也会导致整个气缸体报废，损失很大。

在现代高速柴油机制造中，为了更大程度地提高发动机的结构强度、刚性，借助于焊接技术的发展，也有采用焊接结构的气缸排。

图1-37所示是带滑块的四缸筒发动机气缸体，它一般由以下几个主要部分组成。

气缸本体1内镶入具有换气道的气缸套2。另设气缸套后，使气缸内部结构大为简化，便于铸造。气缸镜面由于承受燃气的高温、高压作用，并与活塞环发生强烈的摩擦，故磨蚀严重，尤其是气缸上部内表面。如果不另设气缸套，则当镜面的磨蚀程度超过其允许范围时，须更换整个气缸体。另外，气缸镜面的质量要求最高，容易产生铸造缺陷而达不到技术要求。另设气缸套不但可在有局部缺陷或损坏时便于更换，减少损失，同时可选用特殊合金材料和工艺方法来提高气缸套的质量，使其具有最好的耐磨性等使用性能，从而延长整台发动机的工作寿命，提高经济效益。

图1-37 带滑块的发动机气缸体

1—气缸本体 2—气缸套 3—冷却水腔 4—换气道 5—排气道 6—十字头 7—横隔板 8—导滑块 9—机架 10—机架下部法兰

气缸体内设有换气道4，其形状较弯曲，且位于气缸体内部，不能进行机械加工，故要求所铸出的气道，不但形状、位置及尺寸应很准确，同时工作内表面应很光滑平整，以保证工作气体的正常流通。在与换气道相对应的缸壁上设有排气道5，供排出缸内乏气用。气缸的上部分（气缸筒部分）与下部分（机架部分）之间设有横隔板7，将两部分隔开。缸筒周围为一封闭的冷却水腔3，供循环冷却水流通，对气缸套上部分进行强制冷却，将其温度控制在允许范围以内，保证其正常工作。

用于连接气缸的机架9与气缸体一起铸成。机架下部法兰10与机座部分相配合。气缸筒的下方设有导滑块8，十字头6在其上作往复运动。导滑块的工作内表面要经精细加工，不允许有局部缩松等铸造缺陷。

三、多联气缸体的结构特点

从铸造工艺方面考虑，中速柴油机气缸体的结构具有两个主要特点。

1.复杂性

由气缸筒、换气道、冷却水腔、机架和导滑块等部分组成的多联气缸体，其内腔结构很复杂。例如，由六个缸筒连成整体的气缸体，其铸造时使用的砂芯数量在20个以上；至于由更多缸筒组成的气缸体，其结构就更为复杂。由于结构复杂，更容易产生铸造缺陷，铸造难度较大，要求的铸造技术水平更高。

2.零件壁薄

中速多缸气缸体的体积较大，壁厚较小，一般仅为16～20mm，且壁厚又很不均匀，结构很复杂，属于大型薄壁复杂铸件。在发动机工作时，气缸体承受着复杂载荷的作用，要求具有足够的强度和刚度。对于这种铸件，其毛坯铸造是相当困难的，很容易产生夹杂、浇不足和裂纹等铸造缺陷。这就要求在铸造工艺设计中，对砂芯、浇注系统、化学成分和浇注温度等方面予以更多的重视。

一般结构和铸造工艺性分析

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