介绍了6缸4气门的柴油机气缸盖铸件的结构及技术要求,详细阐述了该铸件的生产工艺,利用MAGMA数值模拟软件对铸件充型过程的温度变化、卷气情况、充型速度、凝固过程、缩孔判据及应力进行了分析,认为该铸造工艺设计合理,可以使铁液快速充型且充型平稳,充型卷气湍流小,铸型排气顺畅,铸件浇注温度差相对均衡,铸件整体变形较小,补缩充分,易获得良好的铸件质量。结合熔化工艺和低应力开箱工艺,探索出了一种高强度低应力蠕墨铸铁气缸盖铸造工艺方法,经生产验证,铸件的各项性能均符合技术要求。

介绍了TCD发动机气缸盖铸件的结构及技术要求,针对采用原铸造工艺生产该铸件过程中出现的缩松问题,从缩松产生机理、气缸盖结构、浇注系统设计、凝固过程、金相组织、力学性能、气密性检测和解剖等方面进行了分析,对影响缩松缺陷的铸件结构、化学成分、浇注系统等关键因素和局部激冷工艺进行了系统性的研究,最终确定了优化方案。经实际生产验证,气缸盖铸件的缩松废品率由60%降到0.5%~1%,有效解决了铸件缩松废品率高的问题。

以某柴油机气缸盖为研究对象,开展了气缸盖低周疲劳试验方法研究和仿真分析评估工作,用以评价气缸盖的低周疲劳寿命。在试验研究中,考虑螺栓预紧载荷,结合刚度匹配计算,使气缸盖在试验状态下的预紧状况与整机接近,在燃气热负荷试验台上对气缸盖开展了2 000次低周疲劳考核,经探伤未发现热裂纹。基于子模型分析技术,运用塑性应变能理论,计算了气缸盖火力面考察点的低周疲劳寿命,分析表明,寿命最低的考察点位于排气鼻梁区,其寿命为2 863次。试验和仿真结果均表明,该气缸盖满足低周疲劳寿命大于等于2 000次的设计要求,验证了气缸盖低周疲劳试验方法的合理性和有限元分析的准确性。

基于平板传热理论和正交试验方法,探明了影响气缸盖火力板壁温的各换热边界的主次顺序和影响规律,研究结论可应用于气缸盖设计,为热负荷控制提供方向和参考。在某气缸盖研发过程中,结合上述理论,以控制火力面温度最低为目标,确定火力板厚度为首要的控制参数,并确定了最优值,同时验证了平板传热理论应用于探寻火力板温度影响规律的可行性和正确性。

随着国家节能减排的推进和科学技术的进步和发展,对柴油机的性能和排放要求不断提高,气缸盖如何满足柴油机性能和排放提高的更苛刻的工作需求,自然成为国内外设计的关注焦点。目前,采用计算软件,对气缸盖通量与固体进行耦合计算分析方法,沿着化石燃料组合的边缘对化石燃料的总体便利性和可靠性进行分析,可以显著提高化石燃料的可持续性。在那之后,科学家们不仅发现了柴油机的残留物,而且还研究了在柴油机上运行的柴油机,并开发了新的保险丝。同时,研究了筒体对温度和筒体分布的影响,分析了沉淀对冷却的影响。

为加快开发进度,降低开发成本,在整体气缸盖开发过程中,采用3D打印砂芯进行样件试制。由于形成该缸盖内腔的水套砂芯单薄,为降低试制失败风险,采用A、B两个打印厂家的砂芯进行试验开发。对两个生产厂家的3D打印试块抗拉强度、发气量、发气速度、高温性能等参数进行了对比检测,制定3D打印砂芯生产样件的试制工艺方案,在第一次试制结果基础上采取了优化措施,制定了多重方案进行试制,从而得到合格铸件。

采用子模型方法和Sehitoglu模型对某增压柴油发动机气缸盖开展了详细的热机疲劳寿命预测研究。通过采用缸内燃烧模拟分析、水套冷却分析来为缸盖温度场分析提供热分析边界,冷却水侧采用FEA与CFD耦合计算分析方法,使得计算边界条件更加精确合理。基于有限元方法计算了整机标定工况和怠速工况下气缸盖温度和应力应变,采用子模型方法并考虑材料非线性获得了气缸盖在发动机冷热交替热冲击试验工况下的应力应变历程。基于Sehitoglu模型计算得到了气缸盖热机疲劳损伤和寿命,计算结果表明该气缸盖最小寿命为5 038次,位于第3缸火力面排气座圈附近,高于轻卡评价标准5 000次寿命要求,热机疲劳损伤中由温度因素主导的氧化损伤占主导作用,其次是机械损伤,蠕变损伤贡献最小。

介绍了发动机气缸盖铸件的结构及技术要求,详细阐述了该铸件的内浇注位置选择、分型面设计、缩尺设计、浇注系统设计、冒口及冷铁设计,利用数值模拟软件对铸件充型及凝固过程进行模拟分析,确定较为合理的铸造工艺,并在实际生产过程中的操作进行严格控制,采用3D打印工艺打印砂芯。生产结果显示:铸件的综合废品率控制在6%,铸件关键区域经RT检测无缺陷,由于采用3D打印砂芯技术,解决了铸件底层水腔披缝问题,气道表面粗糙度也符合技术要求。

介绍了生产高性能蠕墨铸铁缸盖相关技术指标及关键控制指数——Mg指数控制方案验证过程,通过对试验数据的统计分析,确定了验证缸盖本体性能、加工废品与Mg指数的关系曲线,并通过控制铁水共晶状态、改善局部冷却条件等方案,进一步降低生产废品率,得到较为理想的工艺方案。

介绍了16V190气缸盖铸件生产过程中砂眼、浇不足、内腔毛刺、气孔等铸造缺陷产生的原因,结合气缸盖铸件结构和铸造工艺特点及生产现场的实际情况,采取逐步优化工艺、规范操作等改善措施,有效地预防了相关铸造缺陷重复发生。