CN118188205B - 一种船舶柴油机缸盖和锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶机械零件技术领域，具体为一种船舶柴油机缸盖和锻造方法，包括柴油机缸盖底封板，所述柴油机缸盖底封板的上方设置有锻造组合缸盖结构，所述锻造组合缸盖结构包括有缸盖底板和缸盖封板，有益效果为：通过喷油器安装组合孔在燃烧室防爆端盖的上方安装三组喷油器实现多喷油器多次喷射，能够改善缸内燃烧，使水冷输出管道、水冷输入管道、环形散热管组成高度依次升高的环形散热管道包围在喷油器安装组合孔的外侧，并且通过辅助散热管对斜向废气导出管进行包围，使散热管道集中对喷油器安装组合孔和斜向废气导出管进行散热，优化冷却水道布局，延长水流的管道长度，特别针对热点区域，以增强散热效果，减少缸盖热负荷。

Description

一种船舶柴油机缸盖和锻造方法

技术领域

本发明属于船舶机械零件技术领域，具体涉及一种船舶柴油机缸盖和锻造方法。

背景技术

船舶柴油机缸盖是柴油发动机的重要组成部分之一，它位于柴油机汽缸顶部，与汽缸体共同构成燃烧室的空间。燃烧技术是改善船用柴油机排放和能耗的核心技术，更是提升船用柴油机市场竞争力的关键技术。目前现有技术中的船用中高速柴油机的气缸盖多数只能安装一个喷油器，导致缸内燃烧不充分，造成环境污染和能源紧缺。

现有技术中，提出了专利名称为一种柴油机气缸盖、柴油机及船舶，公开号为CN112228238A，公开日为2020年11月17日的中国专利文件，采用在缸盖本体的中心设置有第一安装孔，用于安装中心喷油器，且在缸盖本体的宽度方向的两侧分别设置有一个凸台，凸台上设置有第二安装孔，第二安装孔用于安装侧喷油器，相比于现有技术中只能安装一个喷油器，该柴油机气缸盖还能够同时安装两个侧喷油器，能够实现多喷油器多次喷射，能够改善缸内燃烧，但是还会出现对于散热管道的分布会因为安装孔分散安装造成影响从而导致散热不均匀的问题。

因此，本发明提出一种船舶柴油机缸盖和锻造方法，解决现有技术中柴油机气缸盖的散热管道的分布会因为安装孔分散安装造成影响从而导致散热不均匀的问题，可以通过对散热管道和安装孔进行合理规划使燃烧室燃烧充分的同时不影响散热效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种船舶柴油机缸盖和锻造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船舶柴油机缸盖，包括柴油机缸盖底封板，所述柴油机缸盖底封板的上方设置有锻造组合缸盖结构，所述锻造组合缸盖结构包括有缸盖底板和缸盖封板，所述缸盖底板、缸盖封板之间设置有喷油器安装组合孔，所述喷油器安装组合孔设置有三个，所述喷油器安装组合孔的外侧设置有水冷输出管道。

优选的，所述喷油器安装组合孔贯穿缸盖底板、缸盖封板与柴油机缸盖底封板，所述缸盖封板的上表面开设有喷油器固定孔，所述喷油器安装组合孔的四周设置有燃油道，所述燃油道为“回”形，所述缸盖封板的上表面一侧开设有回油孔，所述回油孔的底端贯穿燃油道的侧壁。

优选的，所述水冷输出管道的一端固定安装有环形散热管，所述环形散热管的一端固定安装有水冷输入管道，所述水冷输入管道的一侧内壁固定安装有辅助散热管，所述缸盖底板、缸盖封板、喷油器安装组合孔的内壁分别开设有与水冷输出管道、水冷输入管道、环形散热管、辅助散热管相适配的装配孔槽。

优选的，所述环形散热管设置有三个，三个所述环形散热管为高度依次排列侧的贯通环形管，所述环形散热管靠近水冷输入管道的一端为最低端，每个所述环形散热管包围在相对应的喷油器安装组合孔的外侧。

优选的，所述环形散热管的两侧分别设置有废气排出管和进气管，所述废气排出管的底部内壁固定安装有斜向废气导出管，所述进气管的底部内壁固定安装有分散支管，所述辅助散热管设置在斜向废气导出管的外侧，所述斜向废气导出管为斜向楔形导管。

优选的，所述缸盖底板、缸盖封板、柴油机缸盖底封板的内壁分别开设有与废气排出管、进气管、斜向废气导出管、分散支管相适配的装配孔槽。

优选的，所述柴油机缸盖底封板的一端内壁开设有摇臂固定安装座，所述柴油机缸盖底封板的一端上表面开设有摇臂固定孔，所述摇臂固定安装座的中部设置有推杆异形孔。

优选的，所述柴油机缸盖底封板的下表面设置有燃烧室防爆端盖，所述燃烧室防爆端盖的外侧开设有气缸垫圈安装槽，所述燃烧室防爆端盖的一侧开设有与废气排出管相适配的进气室，所述燃烧室防爆端盖的另一侧开设有与分散支管相适配的排气室。

优选的，所述缸盖底板的下表面与柴油机缸盖底封板的上表面焊接，所述缸盖底板的上表面与缸盖封板的下表面焊接。

本发明还提出一种船舶柴油机缸盖的锻造方法，包括以下步骤：

步骤一，制作坯料，分为三个部分，分别对应柴油机缸盖底封板、缸盖底板、缸盖封板，使用锤头或冲头，通过上下往复运动的锤击，使坯料成型；确保下料后的坯料有足够大的初始锻造比，为之后的成型做准备，后续每一次锻造加工均需要回火加工消除应力；

步骤二，初锻，初锻模具包括初锻冲头和初锻下模，初锻下模固定在坯料的上端，对坯料上端施加压力，对坯料进行冲孔，初锻下模设置两组，其成型孔根据摇臂固定安装座和喷油器安装组合孔进行设置，保证坯料经过初锻后，缸盖固定孔上方摇臂固定安装座成型、缸盖底板上方喷油器安装组合孔成型；

步骤三，终锻，终锻模具包括终锻冲头和终锻下模，终锻下模设置三组，其成型孔根据喷油器安装组合孔、燃烧室防爆端盖和摇臂固定安装座进行设置，保证坯料经过终锻后，柴油机缸盖底封板下方燃烧室防爆端盖和摇臂固定安装座成型，缸盖底板下方喷油器安装组合孔、缸盖封板下方喷油器安装组合孔成型，确保喷油器安装组合孔贯通，终锻冲头包括导向头和成形部，成形部的形状和大小与进气室、排气室相同，将终锻下模套在中间坯小端外表面，对终锻冲头施加压力，使坯料底部成型；

步骤四，开孔，对缸盖底板、缸盖封板、缸盖固定孔冲压分别开设各个安装孔；

步骤五，精细加工并开设孔槽，对柴油机缸盖底封板、缸盖底板、缸盖封板的坯料进行精细加工，开设出燃油道、水冷输出管道、废气排出管、气缸垫圈安装槽的安装成型孔槽；

步骤六，装配后，将缸盖底板、缸盖封板、柴油机缸盖底封板焊接成一体，并进行打磨后探伤检测，合格后完成气缸盖的锻造加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过采用锻造组合装配的方法来制造船舶柴油机缸盖，并对喷油器安装孔和散热管道进行规划，通过喷油器安装组合孔在燃烧室防爆端盖的上方安装三组喷油器实现多喷油器多次喷射，能够改善缸内燃烧，使水冷输出管道、水冷输入管道、环形散热管组成高度依次升高的环形散热管道包围在喷油器安装组合孔的外侧，并且通过辅助散热管对斜向废气导出管进行包围，使散热管道集中对喷油器安装组合孔和斜向废气导出管进行散热，优化冷却水道布局，延长水流的管道长度，特别针对热点区域，以增强散热效果，减少缸盖热负荷，解决了现有技术中柴油机气缸盖的散热管道的分布会因为安装孔分散安装造成影响从而导致散热不均匀的问题，可以通过对散热管道和安装孔进行合理规划使燃烧室燃烧充分的同时不影响散热效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的仰视结构示意图；

图3为本发明的俯视结构示意图；

图4为本发明的进气管结构示意图；

图5为本发明的焊接装配之前结构示意图；

图6为本发明的焊接装配之前仰视结构示意图；

图7为本发明的水冷管道结构示意图；

图8为本发明的缸盖封板结构示意图；

图9为本发明的缸盖底板结构示意图；

图10为本发明的柴油机缸盖底封板结构示意图；

图11为本发明的锻造方法流程示意图。

图中：1、柴油机缸盖底封板；11、缸盖固定孔；2、锻造组合缸盖结构；21、缸盖底板；22、缸盖封板；23、喷油器安装组合孔；231、喷油器固定孔；24、燃油道；241、回油孔；25、水冷输出管道；251、水冷输入管道；252、环形散热管；253、辅助散热管；26、废气排出管；261、斜向废气导出管；27、进气管；271、分散支管；3、摇臂固定安装座；31、推杆异形孔；311、摇臂固定孔；4、燃烧室防爆端盖；41、气缸垫圈安装槽；42、进气室；43、排气室。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整的描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1至10，本发明提供一种技术方案：包括柴油机缸盖底封板1，柴油机缸盖底封板1的上方设置有锻造组合缸盖结构2，锻造组合缸盖结构2包括有缸盖底板21和缸盖封板22，缸盖底板21、缸盖封板22之间设置有喷油器安装组合孔23，喷油器安装组合孔23设置有三个，喷油器安装组合孔23的外侧设置有水冷输出管道25，喷油器安装组合孔23贯穿缸盖底板21、缸盖封板22与柴油机缸盖底封板1，缸盖封板22的上表面开设有喷油器固定孔231，喷油器安装组合孔23的四周设置有燃油道24，燃油道24为“回”形，缸盖封板22的上表面一侧开设有回油孔241，回油孔241的底端贯穿燃油道24的侧壁，水冷输出管道25的一端固定安装有环形散热管252，环形散热管252的一端固定安装有水冷输入管道251，水冷输入管道251的一侧内壁固定安装有辅助散热管253，缸盖底板21、缸盖封板22、喷油器安装组合孔23的内壁分别开设有与水冷输出管道25、水冷输入管道251、环形散热管252、辅助散热管253相适配的装配孔槽，环形散热管252设置有三个，三个环形散热管252为高度依次排列的贯通环形管，环形散热管252靠近水冷输入管道251的一端为最低端，每个环形散热管252包围在相对应的喷油器安装组合孔23的外侧；

在本实施例中，喷油器安装组合孔23为并排设置在燃烧室上端的三组喷油器安装孔，通过喷油器固定孔231将三组喷油器安装在喷油器安装组合孔23内部，实现多喷油器多次喷射，能够改善缸内燃烧，燃油道24使柴油在喷油器中流通，回油孔241用于与柴油回流管连接，水冷输出管道25、水冷输入管道251、环形散热管252组成高度依次升高的环形散热管道包围在喷油器安装组合孔23的外侧，并且通过辅助散热管253对斜向废气导出管261进行包围，优化冷却水道布局使散热管道集中对喷油器安装组合孔23和斜向废气导出管261进行散热，环形散热管252与辅助散热管253组合延长水冷管道长度，使可以充分进行散热，针对喷油器安装组合孔23与斜向废气导出管261组成的热点区域增强散热效果，减少缸盖热负荷，解决了现有技术中柴油机气缸盖的散热管道的分布会因为安装孔分散安装造成影响从而导致散热不均匀的问题，可以通过对散热管道和安装孔进行合理规划使燃烧室燃烧充分的同时不影响散热效果。

实施例二

请参阅图1至10，在实施例一的基础上，为了增加燃烧室的气流流通效果使燃烧室可以充分燃烧，本实施例还提出，环形散热管252的两侧分别设置有废气排出管26和进气管27，废气排出管26的底部内壁固定安装有斜向废气导出管261，进气管27的底部内壁固定安装有分散支管271，辅助散热管253设置在斜向废气导出管261的外侧，斜向废气导出管261为斜向楔形导管，缸盖底板21、缸盖封板22、柴油机缸盖底封板1的内壁分别开设有与废气排出管26、进气管27、斜向废气导出管261、分散支管271相适配的装配孔槽；

在本实施例中，废气排出管26通过斜向废气导出管261将燃烧室产生的废气进行导出，斜向废气导出管261为斜向楔形导管上端配合大直径的废气排出管26，使废气在排放过程中可以减少气体流速突然增大引起的压降，有利于废气平稳、快速地排出，能够降低排放过程中的气体流动阻力，防止由于燃烧室内部压力过高，进气管27通过与分散支管271配合将助燃空气集中输送给喷油器安装组合孔23安装的喷油器附近，使燃烧室可以充分燃烧，进一步解决了现有技术中柴油机气缸盖的散热管道的分布会因为安装孔分散安装造成影响从而导致散热不均匀的问题，可以通过对散热管道和安装孔进行合理规划使燃烧室燃烧充分的同时不影响散热效果。

实施例三

请参阅图1至10，在实施例二的基础上，为了增加废气排出管26、进气管27安装连接处的密封性，本实施例还提出，在进气管27的外侧增设进气门座圈，并在进气门座圈内部设置进气管固定孔，并在进气管固定孔内侧与进气管27接触外圈套接密封垫圈，在废气排出管26的外侧增设排气门座圈，并在排气门座圈内部设置排气管固定孔，并在排气管固定孔内侧与废气排出管26接触外圈同样套接密封垫圈；

在本实施例中，采用耐磨、耐高温的新一代气门密封材料制成的排气门座圈与进气门座圈，配合密封垫圈使用对废气排出管26、进气管27的连接进行进一步固定安装，可以有效降低气门漏气率，提高燃烧室内部的燃烧效率，进一步解决了现有技术中柴油机气缸盖的散热管道的分布会因为安装孔分散安装造成影响从而导致散热不均匀的问题，可以通过对散热管道和安装孔进行合理规划使燃烧室燃烧充分的同时不影响散热效果。

实施例四

请参阅图1至10，在实施例三的基础上，为了实现对燃烧室顶部的优化，本实施例还提出，柴油机缸盖底封板1的一端内壁开设有摇臂固定安装座3，柴油机缸盖底封板1的一端上表面开设有摇臂固定孔311，摇臂固定安装座3的中部设置有推杆异形孔31，柴油机缸盖底封板1的下表面设置有燃烧室防爆端盖4，燃烧室防爆端盖4的外侧开设有气缸垫圈安装槽41，燃烧室防爆端盖4的一侧开设有与废气排出管26相适配的进气室42，燃烧室防爆端盖4的另一侧开设有与分散支管271相适配的排气室43，缸盖底板21的下表面与柴油机缸盖底封板1的上表面焊接，缸盖底板21的上表面与缸盖封板22的下表面焊接；

在本实施例中，缸盖底板21、缸盖封板22、柴油机缸盖底封板1组成一个整体安装在柴油机气缸顶部，燃烧室防爆端盖4对气缸燃烧室顶部进行封闭，燃烧室防爆端盖4为内弧穹顶形将燃烧室内部产生的压力更均匀地分散到盖体上，相比于平面端盖，穹顶形状可以减少局部应力集中，从而在一定程度上提高容器的承压能力和抗爆性能，气缸垫圈安装槽41可以在柴油机缸盖底封板1安装时便于安装气缸垫圈增加安装后的密封性，进气室42与进气管27底部适配使助燃空气集中在喷油器安装组合孔23下端，排气室43靠近喷油器安装组合孔23的一侧开设“八”字型导流槽有助于废气导流尽快通过斜向废气导出管261排出，摇臂固定安装座3与推杆异形孔31用于安装摇臂的推杆，摇臂固定孔311便于摇臂的安装，进一步解决了现有技术中柴油机气缸盖的散热管道的分布会因为安装孔分散安装造成影响从而导致散热不均匀的问题，可以通过对散热管道和安装孔进行合理规划使燃烧室燃烧充分的同时不影响散热效果。

实施例五

请参阅图11，在实施例四的基础上，本实施例还提出一种船舶柴油机缸盖的锻造方法，包括以下步骤：

步骤一，制作坯料，分为三个部分，分别对应柴油机缸盖底封板1、缸盖底板21、缸盖封板22，使用锤头或冲头，通过上下往复运动的锤击，使坯料成型；确保下料后的坯料有足够大的初始锻造比，为之后的成型做准备，后续每一次锻造加工均需要回火加工消除应力；

步骤二，初锻，初锻模具包括初锻冲头和初锻下模，初锻下模固定在坯料的上端，对坯料上端施加压力，对坯料进行冲孔，初锻下模设置两组，其成型孔根据摇臂固定安装座3和喷油器安装组合孔23进行设置，保证坯料经过初锻后，缸盖固定孔11上方摇臂固定安装座3成型、缸盖底板21上方喷油器安装组合孔23成型；

步骤三，终锻，终锻模具包括终锻冲头和终锻下模，终锻下模设置三组，其成型孔根据喷油器安装组合孔23、燃烧室防爆端盖4和摇臂固定安装座3进行设置，保证坯料经过终锻后，柴油机缸盖底封板1下方燃烧室防爆端盖4和摇臂固定安装座3成型，缸盖底板21下方喷油器安装组合孔23、缸盖封板22下方喷油器安装组合孔23成型，确保喷油器安装组合孔23贯通，终锻冲头包括导向头和成形部，成形部的形状和大小与进气室42、排气室43相同，将终锻下模套在中间坯小端外表面，对终锻冲头施加压力，使坯料底部成型；

步骤四，开孔，对缸盖底板21、缸盖封板22、缸盖固定孔11冲压分别开设各个安装孔；

步骤五，精细加工并开设孔槽，对柴油机缸盖底封板1、缸盖底板21、缸盖封板22的坯料进行精细加工，开设出燃油道24、水冷输出管道25、废气排出管26、气缸垫圈安装槽41的安装成型孔槽；

步骤六，装配后，将缸盖底板21、缸盖封板22、柴油机缸盖底封板1焊接成一体，并进行打磨后探伤检测，合格后完成气缸盖的锻造加工。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种船舶柴油机缸盖，包括柴油机缸盖底封板（1），其特征在于：所述柴油机缸盖底封板（1）的上方设置有锻造组合缸盖结构（2），所述锻造组合缸盖结构（2）包括有缸盖底板（21）和缸盖封板（22），所述缸盖底板（21）、缸盖封板（22）之间设置有喷油器安装组合孔（23），所述喷油器安装组合孔（23）设置有三个，所述喷油器安装组合孔（23）的外侧设置有水冷输出管道（25），所述喷油器安装组合孔（23）贯穿缸盖底板（21）、缸盖封板（22）与柴油机缸盖底封板（1），所述缸盖封板（22）的上表面开设有喷油器固定孔（231），所述喷油器安装组合孔（23）的四周设置有燃油道（24），所述燃油道（24）为“回”形，所述缸盖封板（22）的上表面一侧开设有回油孔（241），所述回油孔（241）的底端贯穿燃油道（24）的侧壁，所述水冷输出管道（25）的一端固定安装有环形散热管（252），所述环形散热管（252）的一端固定安装有水冷输入管道（251），所述水冷输入管道（251）的一侧内壁固定安装有辅助散热管（253），所述缸盖底板（21）、缸盖封板（22）、喷油器安装组合孔（23）的内壁分别开设有与水冷输出管道（25）、水冷输入管道（251）、环形散热管（252）、辅助散热管（253）相适配的装配孔槽，所述环形散热管（252）设置有三个，三个所述环形散热管（252）为高度依次排列的贯通环形管，所述环形散热管（252）靠近水冷输入管道（251）的一端为最低端，每个所述环形散热管（252）包围在相对应的喷油器安装组合孔（23）的外侧，所述环形散热管（252）的两侧分别设置有废气排出管（26）和进气管（27），所述废气排出管（26）的底部内壁固定安装有斜向废气导出管（261），所述进气管（27）的底部内壁固定安装有分散支管（271），所述辅助散热管（253）设置在斜向废气导出管（261）的外侧，所述斜向废气导出管（261）为斜向楔形导管，所述柴油机缸盖底封板（1）的一端内壁开设有摇臂固定安装座（3），所述柴油机缸盖底封板（1）的一端上表面开设有摇臂固定孔（311），所述摇臂固定安装座（3）的中部设置有推杆异形孔（31）。

2.根据权利要求1所述的一种船舶柴油机缸盖，其特征在于：所述缸盖底板（21）、缸盖封板（22）、柴油机缸盖底封板（1）的内壁分别开设有与废气排出管（26）、进气管（27）、斜向废气导出管（261）、分散支管（271）相适配的装配孔槽。

3.根据权利要求1所述的一种船舶柴油机缸盖，其特征在于：所述柴油机缸盖底封板（1）的下表面设置有燃烧室防爆端盖（4），所述燃烧室防爆端盖（4）的外侧开设有气缸垫圈安装槽（41），所述燃烧室防爆端盖（4）的一侧开设有与废气排出管（26）相适配的进气室（42），所述燃烧室防爆端盖（4）的另一侧开设有与分散支管（271）相适配的排气室（43）。

4.根据权利要求3所述的一种船舶柴油机缸盖，其特征在于：所述缸盖底板（21）的下表面与柴油机缸盖底封板（1）的上表面焊接，所述缸盖底板（21）的上表面与缸盖封板（22）的下表面焊接。

5.一种根据权利要求3-4任一项所述的船舶柴油机缸盖的锻造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，制作坯料，分为三个部分，分别对应柴油机缸盖底封板（1）、缸盖底板（21）、缸盖封板（22），使用锤头或冲头，通过上下往复运动的锤击，使坯料成型；确保下料后的坯料有足够大的初始锻造比，为之后的成型做准备，后续每一次锻造加工均需要回火加工消除应力；

步骤二，初锻，初锻模具包括初锻冲头和初锻下模，初锻下模固定在坯料的上端，对坯料上端施加压力，对坯料进行冲孔，初锻下模设置两组，其成型孔根据摇臂固定安装座（3）和喷油器安装组合孔（23）进行设置，保证坯料经过初锻后，缸盖固定孔（11）上方摇臂固定安装座（3）成型、缸盖底板（21）上方喷油器安装组合孔（23）成型；

步骤三，终锻，终锻模具包括终锻冲头和终锻下模，终锻下模设置三组，其成型孔根据喷油器安装组合孔（23）、燃烧室防爆端盖（4）和摇臂固定安装座（3）进行设置，保证坯料经过终锻后，柴油机缸盖底封板（1）下方燃烧室防爆端盖（4）和摇臂固定安装座（3）成型，缸盖底板（21）下方喷油器安装组合孔（23）、缸盖封板（22）下方喷油器安装组合孔（23）成型，确保喷油器安装组合孔（23）贯通，终锻冲头包括导向头和成形部，成形部的形状和大小与进气室（42）、排气室（43）相同，将终锻下模套在中间坯小端外表面，对终锻冲头施加压力，使坯料底部成型；

步骤四，开孔，对缸盖底板（21）、缸盖封板（22）、缸盖固定孔（11）冲压分别开设各个安装孔；

步骤五，精细加工并开设孔槽，对柴油机缸盖底封板（1）、缸盖底板（21）、缸盖封板（22）的坯料进行精细加工，开设出燃油道（24）、水冷输出管道（25）、废气排出管（26）、气缸垫圈安装槽（41）的安装成型孔槽；

步骤六，装配后，将缸盖底板（21）、缸盖封板（22）、柴油机缸盖底封板（1）焊接成一体，并进行打磨后探伤检测，合格后完成气缸盖的锻造加工。