專利名稱：干式缸體的真空消失模鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋳造技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種干式缸體的真空消失模鑄造エ藝。
背景技術(shù)：
消失模鑄造我國稱真空實(shí)型鑄造，美國人稱消失?；驓饣ｈT造，國際上稱EPCエ藝。消失模鑄造是用泡沫模型代替金屬或木模，造型后模樣不取出，呈實(shí)體型腔，即ー個(gè)與鑄件形狀完全相似的泡沫模型保留在鋳型內(nèi)，形成“實(shí)型”鋳型，而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鋳型，在澆金屬液吋，泡沫模型在高溫金屬液體作用下不斷分解氣化，產(chǎn)生金屬——模型的置換過程，而不象傳統(tǒng)“空型”鋳造是ー個(gè)金屬液體的充填過程；最終模樣氣化得到鑄件。消失模鑄造是20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來的革命性新技木，因其設(shè)計(jì)制造靈活，生產(chǎn)エ序簡潔，產(chǎn)品近無余量、精確成形，鑄件質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高且綠色環(huán)保，并可生產(chǎn)非常復(fù)雜的鑄件，被譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技木”和“綠色的鋳造工程”。
我國有鑄造廠或車間ニ萬余個(gè)，絕大部分采用傳統(tǒng)的砂型鋳造，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工人易得矽肺病，環(huán)境污染嚴(yán)重，廢晶率高；其產(chǎn)品完全靠生產(chǎn)面積擴(kuò)展產(chǎn)品質(zhì)量好壞很大程度依賴操作工人的技術(shù)水平，培養(yǎng)ー批三級以上造型エ隊(duì)伍至少5-10年。過去消失模鑄造在我國一直發(fā)展緩慢，其主要原因是許多外部客觀條件不成熟，比如生產(chǎn)10萬件/年鋁合金轎車進(jìn)氣管，從膠粘劑到制泡沫模EPS (鋳造用聚苯こ烯粒珠)原材料和生產(chǎn)線設(shè)備均要靠進(jìn)口供應(yīng)，成本較高，再加上消失模鑄造對于大多數(shù)企業(yè)來講屬于新事物。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋的制造水平是衡量ー個(gè)國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，在很大程度上代表了ー個(gè)國家汽車エ業(yè)的發(fā)展水平。不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低燃油消耗量和減少尾氣排放是汽車エ業(yè)自身發(fā)展的內(nèi)在需求，也是外部環(huán)境的客觀要求。鋁合金材料的選用使發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整車的重量得到了有效減輕，促進(jìn)了汽車エ業(yè)的發(fā)展。但是，汽車技術(shù)的進(jìn)步對原材料、能源的節(jié)約和環(huán)境保護(hù)提出了更高的規(guī)范要求，使發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率(kW/排量·υ越來越大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋的工作溫度普遍提高，許多局部區(qū)域工作溫度已經(jīng)超過200°C (正常工作溫度為105°C左右)，一方面，鋁合金的力學(xué)性能會(huì)下降很快，顯得不堪重負(fù)；另一方面，如此的高溫使機(jī)油的潤滑和導(dǎo)熱作用變?nèi)?，而鑄鐵材料在此溫度下仍然能正常工作并表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。目前，解決鋁合金在高溫及常溫下力學(xué)性能不高的措施，是在缸體、缸蓋連接螺栓處和缸體與軸承蓋連接螺栓處進(jìn)行鑲鑄灰鑄鐵，以加固螺紋件或灰鑄鐵連接板。這樣做，一方面増加了鋳造的技術(shù)難度和零部件的重量，使制造成本上升；另ー方面由于鋁合金與灰鑄鐵的膨脹系數(shù)有差別，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)工作情形下容易產(chǎn)生疲勞裂紋和鑲鑄件的松動(dòng)缺陷?？v觀鑄造產(chǎn)品成形的全過程，鋁合金的耗能要比鑄鐵高；而鑄鐵產(chǎn)品的防振能力、自潤滑能力和高溫力學(xué)性能遠(yuǎn)大于鋁合金。因此可以預(yù)見，普通灰鑄鐵、高牌號孕育鑄鐵、合金鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵等材質(zhì)的汽車零部件將越來越多地受到人們的重視。尤其是蠕墨鑄鐵件，作為ー種發(fā)動(dòng)機(jī)新材料，蠕墨鑄鐵與普通灰鑄鐵相比，抗拉強(qiáng)度提高了約75%，彈性模量增加近40%，疲勞強(qiáng)度幾乎是灰鑄鐵的2倍，用蠕墨鑄鐵取代灰鑄鐵生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體至少可減輕重量10%，同時(shí)大大降低了疲勞變形和柴油機(jī)的污染物排放量。國外已在大功率柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)件上普遍采用蠕墨鑄鐵材料，其具備接近球墨鑄鐵的強(qiáng)度，有類似普通灰鑄鐵的防振、導(dǎo)熱能力及鋳造性能，且又較普通灰鑄鐵有更好的塑性和耐疲勞性能?？傊?，從目前合金材料的實(shí)際應(yīng)用看，鑄鐵件的力學(xué)性能與高溫性能可滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)未來發(fā)展的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供ー種利用泡沫模樣代替?zhèn)鹘y(tǒng)復(fù)雜造型過程實(shí)現(xiàn)零件生產(chǎn)的真空消失模鑄造エ藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是
①制作泡塑造氣化模；
②組合澆鑄系統(tǒng)；
③汽化模表面刷、噴特制耐火涂料并烘干；
④將特制隔層砂箱置于振動(dòng)工作臺(tái)上；
⑤填入底砂振實(shí)、刮平臺(tái)
⑥將烘干得氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當(dāng)時(shí)間刮平箱ロ；
⑦用塑料薄膜覆蓋，放上澆ロ杯，接真空系統(tǒng)抽真空，底砂緊固成型后，進(jìn)行澆注，氣化模氣化消失，金屬液體取代其位置；
⑧釋放真空，待鑄件冷凝后翻箱，從底砂中取出鑄件。生產(chǎn)原理真空鑄造消失模按EPCエ藝(消失模鑄造エ藝)制成泡塑造模型，涂掛特制涂料，干燥后，置于特制砂箱中，填入干砂，三維振動(dòng)緊實(shí)，抽真空狀態(tài)下澆鋳，模型氣化消失，金屬置換模型，復(fù)制出與泡塑模型一樣的鑄件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在干，(I)取消了混砂、制芯エ序，省去了傳統(tǒng)造型エ序中分箱、起模、修型、下芯及合箱等操作，大大簡化了落砂、鑄件清理及砂處理工序，外觀整體漂亮，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。
(2)由于在負(fù)壓下鑄型剛度大，鑄鐵件易于實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮，從而減小鑄件所需的冒ロ尺寸；另一方面由于泡沫模型簇的組裝自由度大，易于實(shí)現(xiàn)一型多件澆注成形，提高了エ藝出品率，可獲得表面光潔，尺寸精確以及無飛邊、毛刺無余量鑄件。(3)消失模鑄件機(jī)械加工余量小，余量為2.5 3. 5_，壁厚均勻度高，孔徑大于7mm的內(nèi)部型腔都可以直接鑄出，鑄件重量同比普通砂型鑄件減輕8% 12%。(4)消失模造型干砂中無需粘結(jié)劑和添加物，例如煤粉、膨潤土、水)，既節(jié)約了大量的原材料，又有利于舊砂循環(huán)使用，噪音低、廢物少、污染少，能保持鑄造車間清潔和低強(qiáng)度的工作條件，減輕環(huán)境污染。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的作進(jìn)ー步說明，本發(fā)明包括以下生產(chǎn)步驟
①制作泡塑造氣化模；
②組合澆鑄系統(tǒng)；
③汽化模表面刷、噴特制耐火涂料并烘干；④將特制隔層砂箱置于振動(dòng)工作臺(tái)上；
⑤填入底砂振實(shí)、刮平臺(tái)；
⑥將烘干得氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當(dāng)時(shí)間刮平箱ロ；
⑦用塑料薄膜覆蓋，放上澆ロ杯，接真空系統(tǒng)抽真空，底砂緊固成型后，進(jìn)行澆注，氣化模氣化消失，金屬液體取代其位置；
⑧釋放真空，待鑄件冷凝后翻箱，從底砂中取出鑄件。實(shí)施例一
(I)模具的設(shè)計(jì)開發(fā)，濕式缸體和干式缸體鑄造的最大難點(diǎn)就是水道、油道的滲漏問題。首先分型面在水、油道處盡量不要太多(即分型面不宣太多)，過多會(huì)導(dǎo)致該處用膠量過 大或者沒有粘接到位而導(dǎo)致滲涂料的現(xiàn)象(特別是水道的粘接縫是不容易檢查的)。缸體的主要壁厚在5毫米左右，滲入的涂料和粘接劑氣化不完全留下的碳化物很容易就穿透壁厚造成打壓時(shí)滲漏。因此模具開發(fā)首先需要解決的是如何在水道和油道處不粘接或少粘接。其次是尺寸問題，常規(guī)的消失模產(chǎn)品習(xí)慣將鑄件的壁厚取下限，將鑄件的整體重量減輕，以此來體現(xiàn)消失模鑄造的優(yōu)勢。但對于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體這樣的鑄件來講是不可取的。為了提高鑄件的一次打壓合格率，所有水道和油道的壁厚都應(yīng)該走上限，以增加上述范圍內(nèi)的壁厚。(2)模樣的成型，由于缸體的壁厚較薄，采用P-S珠粒或4S料來成型，預(yù)發(fā)密度控制在23至26g/l。普通消失模鑄件強(qiáng)調(diào)的是在能成型的狀態(tài)下密度越輕越好，但對缸體類薄壁鑄件來說，密度太低會(huì)導(dǎo)致珠粒之間熔合困難，導(dǎo)致模片有疏松缺陷，進(jìn)而在浸涂料時(shí)會(huì)造成涂料內(nèi)滲形成涂料渣，澆注的鑄件就會(huì)有打壓滲漏現(xiàn)象。因此密度不宣太低。通過進(jìn)ー步的論證和加工后打壓結(jié)果表明，這個(gè)密度范圍標(biāo)準(zhǔn)能滿足質(zhì)量要求。成型機(jī)采用的是半自動(dòng)液壓型，即人工加料完畢后其余エ序由設(shè)備控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，這樣能保證白模質(zhì)量的一致性，對于大批量生產(chǎn)來說是非常重要的。(3)模樣的組合，
①白模一定要徹底烘干，包括澆注系統(tǒng)，需有烘干記錄，檢查每ー批次的尾件烘干情況，尾件烘干意味著該批次白模烘干，可以進(jìn)行組合。組合前對每一件模型都要做稱重記錄，并用油畫筆寫在規(guī)定的地方。重量超標(biāo)的要単獨(dú)制定澆注參數(shù)。②用膠量的控制，理論上講膠的危害比白模的危害要大得多，這在實(shí)踐中也證明了這一點(diǎn)，因此對于膠的用量是應(yīng)該控制的，特別在水道和油道的粘接面更是如此。當(dāng)白模組合完畢后再整體稱重，以該重量減去白模本身的重量就是膠重，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的作上醒目標(biāo)志，以便在后續(xù)エ序通過提高澆注溫度或者負(fù)壓度來解決。③粘接縫的修補(bǔ)，缸體類鑄件屬于復(fù)雜系數(shù)較大的ー類鑄件，特別是水道腔，該處最為復(fù)雜，模具上很難將該處一次成型出來，比如缸體的泵殼。在該處就形成了一處流程相當(dāng)長的兩層粘接縫，如果該處的粘接縫處理不好，那么在水壓試驗(yàn)中就會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。這在質(zhì)量要求過程中是不允許的。我公司采用的方法是一次粘接完畢后在所有的粘接縫處均勻涂上一層筆者自行配制的消失模專用修補(bǔ)膏，該修補(bǔ)膏能完全覆蓋粘接縫，在高溫下能完全氣化。避免了浸涂過程中涂料的滲入造成涂料渣，在打壓過程中發(fā)生滲漏而造成產(chǎn)品報(bào)廢。④澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，澆注方式采取上雨淋式頂澆為主。(4)涂料エ藝，缸體類鑄件對涂料的要求除了一般性性能要求外還有兩點(diǎn)值得特別重視①涂料在常溫下的抗裂紋性要好。缸體的水道腔是非常復(fù)雜的，涂料在該處容易堆積，堆積過厚的水基涂料在烘干的過程中很容易出現(xiàn)裂紋。而這些裂紋是很難被發(fā)現(xiàn)的。如果處理不好，澆注時(shí)將會(huì)導(dǎo)致水套粘砂，水道的粘砂常常無法清理而導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。②涂料的剝離性能，缸體水道近似于ー個(gè)封閉的容器，在拋丸過程當(dāng)中鋼丸無法進(jìn)入到水道腔內(nèi)部，如果涂料的剝離性能不好的話則水道內(nèi)腔的涂料層將無法清理?，F(xiàn)采取在涂料中加入助溶劑的辦法，通過多次調(diào)整，最終滿足了使用要求。(5)造型與澆注，缸體材質(zhì)屬于HT250低合金鑄鐵，要求Cu:0.2%-0.4%，Cr:O. 15%-0. 25%。其它五大元素的控制范國是C :3. 2%-3. 35%, Si :1. 85%-2. 05 %, Mn O. 8%-0. 95%,P .く O. 08%, S 0. 05% -O. 07%。配料廢鋼 60%、生鐵 20%、回爐料 20%，普通 75硅鐵孕育。通過爐前快速分析儀保證化學(xué)成份，需要注意的是Cr應(yīng)該在爐前取樣后加入，以免干擾爐前分析儀，銅直接加入鐵水包。鐵水出爐溫1590°C澆注溫度1490°C,負(fù)壓保持在-O. 04MPa至-O. 05MPa，澆注時(shí)間30s左右，最后通過強(qiáng)度檢查和硬度檢查。 達(dá)到的關(guān)鍵技術(shù) (I)氣化模的制造技術(shù)
聚苯こ烯泡沫板材(EPS),選用P =0.017-0. 02g/cm3即17— 20kg/m3的用材；采用電阻絲(d=0. 5-0. 8mm)用3KVA調(diào)壓供電進(jìn)行切割(電壓視需要而調(diào)節(jié)，一般為12-25V)；氣化模粘合用北京正佩華的500WPH-1型膠(液體)或WH-I膠(固體)；氣化模表面光潔及修補(bǔ)用細(xì)砂紙摩擦、可用硝化纖維素水溶液涂覆、對表面得細(xì)縫和凹坑可用膠帶紙修平貼ネト、圓角可用條狀泡沫板材粘合。(2)耐火涂料的設(shè)備及使用
真空消失模鑄鋼得涂料是極關(guān)重要的，主要要求有高的強(qiáng)度和較高的透氣性。涂料ー般由固料、粘結(jié)劑和載體三部分組成，又根據(jù)合金各類而有各種配方，公司研究開發(fā)出獨(dú)特的耐火涂料配方。(3)獨(dú)特的澆注系統(tǒng)粘結(jié)造型時(shí)粘結(jié)澆注是ー項(xiàng)十分細(xì)致的工作，要求粘結(jié)牢固，必要時(shí)可用插插鐵釘?shù)霓k法輔助解決，盡快用烘干涂料嚴(yán)封接ロ。直澆道一般為25-45，不宣太大，否則金屬液先澆失其中心的泡沫，而受金屬液熱輻射的泡沫會(huì)過早氣化，產(chǎn)生熱解碳冒黑畑。直澆ロ可一次性涂料，用木螺釘懸于墻型烘干，內(nèi)澆ロ最好預(yù)先粘結(jié)在模型上，橫澆ロ如同直橫一祥制作。①鑄件一次成型，尺寸精度高。由于采用極易氣化的泡沫塑料作模型，產(chǎn)品的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模精密鋳造。同吋，因?yàn)椴捎酶缮霸煨?，鑄件廢品率顯著下降。此外這種新エ藝對操作工人的技術(shù)水平要求不高，對鑄造行業(yè)有著巨大的的吸引力。雖然泡沫模型的變形和泡沫材料的熱解產(chǎn)物可能會(huì)對鑄件的質(zhì)量帶來不利影響，但只要對模型材料和制模エ藝、涂料以及干砂緊實(shí)等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，完全可以克服不利的影響因素，獲得優(yōu)質(zhì)的精密鑄件。②整個(gè)エ藝過程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)?？梢源蟠蟾纳其娫燔囬g的環(huán)境條件，容易實(shí)現(xiàn)無污染生產(chǎn)。低溫下聚苯こ烯(EPS)對環(huán)境完全無害，澆注時(shí)排除的有機(jī)物量極少(只占鐵水重量的O. 3%)，而采用自硬砂澆鑄時(shí)的有機(jī)物排放量占到5%以上；同時(shí)EPS產(chǎn)生有機(jī)物的時(shí)間短，易于收集，可以通過對砂箱抽真空進(jìn)行集中處理，實(shí)屬對環(huán)境的無公害排放。此外用消失模エ藝，鑄件的清理工作量大大降低，噪聲少、一氧化碳和石英粉塵危害小，舊砂回收利用率可達(dá)97%以上。③鑄件形狀、結(jié)構(gòu)不受限制，為鑄件設(shè)計(jì)提供了充分的自由度。由多個(gè)零件加工組裝的構(gòu)件，可以通過分片制模然后粘合的辦法進(jìn)行整體澆鑄成型。碑需要加工的孔、洞可以直接鑄出，這就大大減少了加工裝配的エ時(shí)和費(fèi)用。④生產(chǎn)制造成本低，設(shè)備投資小。由于氣化模的制作成本低(僅為木模價(jià)格的1/3)，材料來源廣泛，所需的成形設(shè)備少，投資小。一般說來采用該技術(shù)，設(shè)備投資可減少 30%-50%，鑄件制造成本可下降25% — 30%，鑄件的成品率99%。因此，消失模鑄造技術(shù)符合鑄造發(fā)展的總趨勢，有著廣泛的發(fā)展前景。
權(quán)利要求
1.干式缸體的真空消失模鑄造工藝，其特征在于包括以下步驟 ①制作泡塑造氣化模； ②組合澆鑄系統(tǒng)； ③汽化模表面刷、噴特制耐火涂料并烘干； ④將特制隔層砂箱置于振動(dòng)工作臺(tái)上； ⑤填入底砂振實(shí)、刮平臺(tái)； ⑥將烘干得氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當(dāng)時(shí)間刮平箱口； ⑦用塑料薄膜覆蓋，放上澆口杯，接真空系統(tǒng)抽真空，底砂緊固成型后，進(jìn)行澆注，氣化模氣化消失，金屬液體取代其位置； ⑧釋放真空，待鑄件冷凝后翻箱，從底砂中取出鑄件。
全文摘要
本發(fā)明涉及鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種干式缸體的真空消失模鑄造工藝。包括以下生產(chǎn)步驟①制作泡塑造氣化模；②組合澆鑄系統(tǒng)；③汽化模表面刷、噴特制耐火涂料并烘干；④將特制隔層砂箱置于振動(dòng)工作臺(tái)上；⑤填入底砂振實(shí)、刮平臺(tái)；⑥將烘干得氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當(dāng)時(shí)間刮平箱口；⑦用塑料薄膜覆蓋，放上澆口杯，接真空系統(tǒng)抽真空，底砂緊固成型后，進(jìn)行澆注，氣化模氣化消失，金屬液體取代其位置；⑧釋放真空，待鑄件冷凝后翻箱，從底砂中取出鑄件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，外觀整體漂亮，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。加工余量小，鑄件重量輕。節(jié)約了原材料，有利于舊砂循環(huán)使用，噪音低、廢物少、污染少。
文檔編號B22C9/04GK102861871SQ20121035111
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者馮雄武, 龍進(jìn)洋 申請人:長沙新安冶金機(jī)械制造有限公司