柴油机气缸体和气缸盖振动时效装置 |
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| 申请号 | CN202210831022.7 | 申请日 | 2022-07-14 | 公开(公告)号 | CN117431393A | 公开(公告)日 | 2024-01-23 |
| 申请人 | 南宁市神华振动时效技术研究所; 南宁神华机器人科技有限公司; | 发明人 | 杨胜锋; 梁清延; 王春风; 何春华; 熊文府; 石清革; 范辉乐; 彭琨; 杨宇光; 杨宇星; 杨雅惠; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种柴油机 气缸 体和气缸盖振动时效装置，包括激振器、振动时效平台、 液压缸 装夹组件，液压缸装夹组件包括导柱，所述导柱底部设置有导柱 法兰 ，所述导柱法兰通过所述T形 螺栓 固定到梯形槽上，所述导柱开设有外 螺纹 ，所述导柱上可转动套设有上 压板 ，位于上压板的上下方的导柱上分别设置有用于夹紧上压板的 定位 螺母 ，上压板的一端上固定有液压缸，所述液压缸的输出端垂直穿出上压板底部并固定连接有下压板，所述下压板呈长条形沿长形 钢 板的宽度方向跨设。本发明能大批量有效地消除柴油机 气缸体 、气缸盖 铸造 残余应 力 ，满足不同种类柴油机气缸体和气缸盖切换装夹，大幅度减轻了操作人员的劳动强度，且能够保证装夹 质量 和振动时效效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种柴油机气缸体和气缸盖振动时效装置，包括激振器(301)和振动时效平台(1)，所述振动时效平台(1)包括长形钢板(101)，所述激振器(301)固定在长形钢板(101)底部，以驱动所述长形钢板(101)振动；在长形钢板(101)顶面上沿其长度方向设置多条平行的梯形槽(102)，其特征在于：还包括液压缸装夹组件(2)，液压缸装夹组件(2)包括导柱(201)，所述导柱(201)底部设置有导柱法兰(202)，所述导柱法兰(202)通过所述T形螺栓(204)固定到梯形槽(102)上，所述导柱(201)开设有外螺纹，所述导柱(201)上可转动套设有上压板(206)，位于上压板(206)的上下方的导柱(201)上分别设置有用于夹紧上压板(206)的定位螺母(205)，上压板(206)的一端上固定有液压缸(210)，所述液压缸(210)的输出端垂直穿出上压板(206)底部并固定连接有下压板(217)，所述下压板(217)呈长条形沿长形钢板(101)的宽度方向跨设。 |
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| 说明书全文 | 柴油机气缸体和气缸盖振动时效装置技术领域背景技术[0002] 气缸体和气缸盖是柴油机的重要零件，气缸盖安装在气缸体上构成柴油机的机械骨架，气缸体和气缸盖由合金铸铁铸造而成，外部形状为立方体，顶面和底面为平面结构，侧面为复杂的圆弧结构，内部有油、气、水管道等复杂结构，气缸体和气缸盖的品种多，不同品种的尺寸和重量也不一样。 [0003] 柴油机气缸体和气缸盖均通过铸造而成，设计精度要求很高，在铸造时要产生残余应力，会导致应力变形，达不到设计精度要求，因此必须时效处理，长期以来，柴油机制造企业都是用热时效处理，即铸型浇注冷却到约600℃开箱，然后转到连续式电阻热时效炉中在500℃保温约5小时，缓冷到约100°出炉空冷，整个工艺过程约需要24小时。热时效存在成本高、能耗高等问题，据统计，我国每年气缸体和气缸盖的产量约有50万吨，每吨热时效成本约为200元，每吨耗电约250度(kwh)，每年约需要1亿元的热时效成本，约用电1.25亿度，而每用1度电发电厂要产生0.997kg二氧化碳排放，因此每年还要导致约12.5万吨的二氧化碳排放。 [0004] 振动时效是使用振动时效设备，将激振器固定在工件上，寻找到工件的固有共振频率，对工件进行约半小时的亚共振振动，就可以达到时效目的，可将热时效成本和能耗降低95％以上，时效时间缩短到半小时以内，用振动时效替代柴油机气缸体和气缸盖的热时效是解决上述问题较为适宜的技术方案。 [0005] 由于气缸体和气缸盖属于小型工件，固有频率很高，无法单独进行振动时效处理，只能采用振动时效平台降低其固有频率进行处理。但是气缸体和气缸盖是大批量、流水线生产，我国主要的柴油机制造企业的气缸体和气缸盖年产量有10万吨，而且气缸体和气缸盖品种多，重量和尺寸差别大，要应用振动时效技术的难度大。 [0006] 前续公开的《压缩机缸体振动时效装置(专利号201220379434.3)》、《装载机前车架振动时效装置(专利号201220679732.4)》、《振动时效平台(专利号201310701018.X)》、《游标卡尺振动时效装置(专利号201220339746.1)》等专利中，均公开了采用振动时效平台对小工件进行振动时效处理的技术方案，但均是采用螺栓人工装夹的方法，将小工件固定到振动时效平台上进行处理，这对小批量生产的小工件是可行的，但对于年产量高达十万吨的柴油机气缸体和气缸盖进行振动时效处理，则不具有可行性，因为劳动强度太大，装夹时间太长，无法满足流水线生产节拍的要求。 [0007] 在现有的振动时效装置中，还没有一种振动时效装置可以适用于所述柴油机气缸体和气缸盖的振动时效处理。 [0008] 公开于以上背景技术部分的信息仅仅皆在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。 发明内容[0009] 针对上述现有缺陷，本发明目的在于提供一种柴油机气缸体和气缸盖振动时效装置，能大批量有效地消除柴油机气缸体、气缸盖铸造残余应力，满足不同种类的柴油机气缸体和气缸盖的大批量生产要求，大幅度减轻了操作人员的劳动强度，而且能够保证装夹质量，进而保证振动时效质量效果。 [0010] 本发明的技术方案如下： [0011] 一种柴油机气缸体和气缸盖振动时效装置，包括激振器和振动时效平台，所述振动时效平台包括长形钢板，所述激振器固定在长形钢板底部，以驱动所述长形钢板振动；在长形钢板顶面上沿其长度方向设置多条平行的梯形槽；还包括液压缸装夹组件，液压缸装夹组件包括导柱，所述导柱底部设置有导柱法兰，所述导柱法兰通过所述T形螺栓固定到梯形槽上，所述导柱开设有外螺纹，所述导柱上可转动套设有上压板，位于上压板的上下方的导柱上分别设置有用于夹紧上压板的定位螺母，上压板的一端上固定有液压缸，所述液压缸的输出端垂直穿出上压板底部并固定连接有下压板，所述下压板呈长条形沿长形钢板的宽度方向跨设。 [0012] 具体的，所述液压缸的输出端设置有液压缸球形头，液压缸球形头穿装有压紧盖，所述下压板上设置有容纳液压缸球形头的半球形容腔。 [0013] 具体的，所述压紧盖设置为对半均分的半圆结构。 [0015] 具体的，还包括测振器，所述测振器通过磁座安装在所述振动时效平台底面边角位置。 [0016] 具体的，所述导柱的顶部还设置有吊环。 [0017] 具体的，所述液压缸装夹组件沿梯形槽长度方向设置数量为2‑10套。 [0018] 具体的，所述长形钢板为高强度实芯钢板，外形尺寸为：外形尺寸为：长度4000～5000毫米，宽度1200～1600毫米，高度150～250毫米。 [0019] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： [0020] 1、本方案采用液压缸装夹组件，可以快速地将柴油机气缸体和气缸盖装夹固定在振动时效平台上进行振动时效处理，处理完成之后，又可以快速地松开下压板，将气缸体和气缸盖从振动时效平台上转运出去，从而大幅度提高了振动时效生产效率。 [0021] 2、本方案液压缸装夹组件设置在振动时效平台的中部，通过下压板直接压紧两排气缸体或者气缸盖，采用该装夹方法的压紧点的数量少，却能装夹最多数量的气缸体或气缸盖，气缸体或气缸盖可以通过输送带从振动时效平台的短边输入和输出，因此可以实现大批量、流水线振动时效生产目标。 [0022] 3、本方案上压板能够在导柱上移动固定，因此可以装夹不同高度的气缸体或者气缸盖，导柱的法兰可以在振动时效平台的梯形槽上移动固定，而且可以设置多套液压缸装夹组件，因此可以装夹不同长度的气缸体或者气缸盖，也就是说，本装置可以处理品种繁多的柴油机气缸体和气缸盖，从而满足不同种类的柴油机气缸体和气缸盖的大批量生产要求。 [0023] 4、由于本方案用液压缸代替了人工装夹，不仅大幅度减轻了操作人员的劳动强度，而且能够保证装夹质量，进而保证振动时效质量效果。 [0024] 5、本方案的导柱、上压板、下压板等均设置为刚性强的尺寸结构，能够在液压装夹过程中不产生变形。液压缸缸头与下压板采用球形链接方式，可稳定可靠地压紧气缸体，防止对液压缸产生非轴向的反作用力，提高液压缸使用寿命。激振器和测振器设置在振动时效平台底面位置，可防止气缸体和气缸盖在装卸过程中对测振器和激振器的碰触损坏。 [0025] 6、本方案采用实芯高强度粱型钢板作为振动时效平台，长度4000～5000毫米，宽度1200～1600毫米，高度150～250毫米，平台具有极强的刚性，能够有效地消除气缸体和气缸盖的铸造残余应力，应力测试结果表明，振动时效气缸体和气缸盖的平均残余应力消除率可达到70％以上，与热时效的应力消除率相近，远高于振动时效技术国家标准《GB/T25712‑2010》铸件平均残余应力消除率不低于20％的指标。 [0026] 7、由于本装置是利用共振方法激起振动时效平台的共振振动达到时效目的，所使用的振动时效设备的功率很小，设备的额定功率为2KW，液压设备的额定功率为3KW，本装置的总额定功率为5KW，而现有的柴油机气缸体和气缸盖连续式电阻时效炉的额定总功率约为1500KW，本装置约三套的产能可以达到时效炉的产能，即总功率为15KW，因此使用本装置取代热时效炉，可以将热时效的能耗及成本降低95％以上。 [0027] 8、柴油机气缸体和气缸盖采用热时效，其铸造生产工艺流程为：中频炉熔炼→砂型浇注→600℃开箱→热时效→震动清砂处理→抛丸处理→喷粉处理→转机加工。如果采用振动时效取代热时效，由于振动时效是在室温下进行，不损坏工件表面光洁度，因此可以灵活设置振动时效工序，如果设置在震动清砂处理后，抛丸处理前进行振动时效处理，则在气缸体和气缸盖整体应力大幅度降低情况下，表层还获得抛丸所产生的有益的压应力，这个应力分布状态对于柴油机产品质量是很有好处的。 附图说明[0029] 图1实施例1柴油机气缸体振动时效装置示意图。 [0030] 图2为实施例1/2共振平台示意图。 [0031] 图3为实施例1/2液压缸装夹组件的示意图。 [0032] 图4为实施例1/2液压缸装夹组件的剖视图。 [0033] 图5为实施例1/2导柱示意图。 [0034] 图6为实施例1/2上压板示意图。 [0035] 图7为实施例1/2液压缸与下压板连接示意图。 [0036] 图8为实施例1/2液压缸示意图。 [0037] 图9为实施例1/2下压板示意图。 [0038] 图10为实施例2压紧盖示意图。 [0039] 图11为实施例1/2激振器示意图。 [0040] 图12为实施例3柴油机气缸盖振动时效装置示意图。 [0041] 图中，1‑振动时效平台，101‑长形钢板，102‑梯形槽，103‑激振器固定螺孔，2‑液压缸装夹组件，201‑导柱，202‑导柱法兰，203‑导柱法兰孔，204‑T形螺栓，205‑定位螺母，206‑上压板，207‑上压板导柱孔，208‑上压板液压缸孔，209‑吊环，210‑液压缸，211‑液压缸法兰，212‑液压缸法兰孔，213‑液压缸法兰连接螺栓，214‑液压缸球形头，215‑压紧盖，216‑压紧盖螺栓，217‑下压板，218‑下压板压紧盖螺孔，301‑激振器，302‑橡胶垫，303‑测振器，4‑气缸体，5‑气缸盖。 具体实施方式[0042] 为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。在本实施例的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作因此不能理解为对本发明的限制。 [0043] 实施例1 [0044] 本实施例提供一种柴油机气缸体振动时效装置，如图1所示，其主要包括激振器301和振动时效平台1。结合图1‑2所示，其中，振动时效平台101为高强度实芯长形钢板101，材质为Q690，长度为4500毫米，宽度为1400毫米，高度为200毫米，在其顶面上沿其长度方向设置有三条与长边平行的梯形槽102，在其长边中部底面外缘设置有激振器固定螺孔103。 结合图1、11所示，激振器301固定在长形钢板101底部，以驱动长形钢板101振动。 [0045] 本实施例的要点在于，参考图3‑4所示，还包括一个由导柱201、定位螺母205、上压板206、液压缸210、压紧盖215、下压板217构成的液压缸装夹组件2。 [0046] 具体参考图5所示的导柱201，直径为80毫米，导柱201底部设置有导柱法兰202，导柱法兰202环设有导柱法兰孔203；通过T形螺栓204穿装过导柱法兰孔203固定到振动时效平台101的梯形槽102位置；导柱201的外圆面上开设有外螺纹。 [0047] 参考图6所示的上压板206，上压板206为长方体结构，外形尺寸长度为300毫米，宽度为140毫米，高度为50毫米。其设置有上压板导柱孔207和上压板液压缸孔208，上压板206的上压板导柱孔207穿装到导柱201上；并通过设置在上压板206上下方的两件定位螺母205与导柱201的外螺纹旋合反转，将上压板206夹紧固定，而上压板206也可以通过调整两件定位螺母205的位置进行上下调整，上压板206本身也可以轴向转动进行调整。 [0048] 具体参考图7‑9，液压缸210固定在上压板206的自由旋转端上，液压缸210设置有液压缸法兰211、液压缸法兰孔212，液压缸210通过液压缸法兰孔212和液压缸法兰连接螺栓213固定在上压板液压缸孔208的位置。液压缸210的输出端垂直穿出上压板206底部并通过压紧盖215固定连接下压板217，下压板217为长方体结构，外形尺寸长度为1400毫米，宽度为100毫米，高度为50毫米。下压板217呈长条形沿长形钢板101的宽度方向跨设。 [0049] 本实施例装置在使用前，振动时效平台1使用橡胶垫302四件支撑，橡胶垫302支撑位置在振动时效平台101的低频弯曲共振节线上，激振器301通过螺栓固定在振动时效平台1的激振器固定螺孔103上，测振器303通过磁座安装在振动时效平台1底面边角位置。在使用时，将液压缸装夹组件2沿梯形槽102长度方向设置数量为五套，将K11型号的柴油机气缸体4输送到振动时效平台1上，布置为两排排列，每排设置四件，液压缸装夹组件2设置五个，其中两个液压缸压紧组件2的下压板217位于两排气缸体4的端头部，另外三个下压板217位于两排两个气缸体4之间的连接间隙位置，启动液压缸210，通过下压板217向长形钢板101的宽度方向的两边将两排气缸体4刚性固定在振动时效平台1上，启动激振器301，对气缸体 4进行20分钟的振动时效处理，时效结束后，松开液压缸210缸头，下压板217脱离气缸体4，就将气缸体4从振动时效平台1上运走，再进行另外一批气缸体4的振动时效处理。 [0050] 本实施例中，如果处理另外型号的气缸体4，则要根据气缸体4的外形尺寸，先调整液压缸装夹组件2的上压板206高度位置、导柱法兰202在振动时效平台1梯形槽102上的安装位置以及液压缸210的数量，调整合适之后，就可以按照上述方法进行振动时效处理。 [0051] 此外，本实施例还可在导柱201顶部设置吊环209，便于通过吊车吊装调整液压缸装夹组件2在振动时效平台11的梯形槽102上的安装位置。 [0052] 通过本实施例对K11型号的气缸体振动时效进行了检测分析。应力测试结果表明，振动时效气缸体4的平均残余应力消除率可达到70％以上，与热时效的应力消除率相近，对100台经过本装置处理的气缸体精加工后放置3个月的变形量检测，均未出现应力变形情况，对100台本装置处理的气缸体进行装机及使用试验，均未出现应力变形导致的产品质量问题，因此达到本实施例的目的。 [0053] 实施例2 [0054] 本实施例在实施例1的基础上优化液压缸210缸头的寿命，参考图4、8、9、10所示，液压缸210的输出端设置有液压缸球形头214，液压缸球形头214穿装有压紧盖215，下压板217上设置有容纳液压缸球形头214的半球形容腔。压紧盖215设置为对半均分的半圆结构，卡装在液压缸球形头214的凹颈处，使用压紧盖螺栓216将压紧盖215与下压板压紧盖螺孔 218固定连接，从而把液压缸球形头214与下压板217链接。与下压板217采用球形链接方式，可稳定可靠地压紧气缸体4，防止对液压缸210产生非轴向的反作用力，提高液压缸210使用寿命。 [0055] 实施例3 [0056] 本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例将实施例1的振动时效装置运用于气缸盖5的时效处理中，具体参考图12所示，将气缸盖5沿振动时效平台1长度方向两排排列布置。每排设置4件，液压缸装夹组件2设置五个，其中两个液压缸压紧装置的下压板位于两排气缸盖的端头部，另外三个下压板位于两排两个气缸盖之间的连接间隙位置。同理的，通过调整液压缸装夹组件2的上压板高度位置、导柱法兰在振动时效平台梯形槽上的安装位置以及液压缸的数量，调整合适之后，即可按照实施例1的方法进行振动时效处理。 [0057] 通过上述实施例，以每次振动时效处理8件气缸体或者气缸盖，振动时效处理时间为20分钟，装卸12分钟，每件气缸体或者气缸盖的振动时效生产时间为4分钟，按照正常生产时间计算：每班8小时，每月22天，每年12个月，本装置一年一台可以处理约3.168万件气缸体或者气缸盖，按照气缸体和气缸盖生产量，还可以设置多套本装置，因此本装置可以实现大批量的柴油机气缸体和气缸盖振动时效处理。 [0058] 虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。 |
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