專利名稱：干式缸體的真空消失模鑄造工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋳造技術領域，特別是指一種干式缸體的真空消失模鑄造エ藝。
背景技術：
消失模鑄造我國稱真空實型鑄造，美國人稱消失模或氣化模鑄造，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，呈實體型腔，即ー個與鑄件形狀完全相似的泡沫模型保留在鋳型內，形成“實型”鋳型，而不是傳統砂型的“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，產生金屬——模型的置換過程，而不象傳統“空型”鋳造是ー個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50年代末發展起來的革命性新技木，因其設計制造靈活，生產エ序簡潔，產品近無余量、精確成形，鑄件質量好，生產效率高且綠色環保，并可生產非常復雜的鑄件，被譽為“二十一世紀的鑄造技木”和“綠色的鋳造工程”。
我國有鑄造廠或車間ニ萬余個，絕大部分采用傳統的砂型鋳造，勞動強度大，工人易得矽肺病，環境污染嚴重，廢晶率高；其產品完全靠生產面積擴展產品質量好壞很大程度依賴操作工人的技術水平，培養ー批三級以上造型エ隊伍至少5-10年。過去消失模鑄造在我國一直發展緩慢，其主要原因是許多外部客觀條件不成熟，比如生產10萬件/年鋁合金轎車進氣管，從膠粘劑到制泡沫模EPS (鋳造用聚苯こ烯粒珠)原材料和生產線設備均要靠進口供應，成本較高，再加上消失模鑄造對于大多數企業來講屬于新事物。發動機缸體、缸蓋的制造水平是衡量ー個國家制造業水平的重要標志之一，在很大程度上代表了ー個國家汽車エ業的發展水平。不斷提高發動機功率，降低燃油消耗量和減少尾氣排放是汽車エ業自身發展的內在需求，也是外部環境的客觀要求。鋁合金材料的選用使發動機乃至整車的重量得到了有效減輕，促進了汽車エ業的發展。但是，汽車技術的進步對原材料、能源的節約和環境保護提出了更高的規范要求，使發動機的比功率(kW/排量·υ越來越大，導致發動機缸體、缸蓋的工作溫度普遍提高，許多局部區域工作溫度已經超過200°C (正常工作溫度為105°C左右)，一方面，鋁合金的力學性能會下降很快，顯得不堪重負；另一方面，如此的高溫使機油的潤滑和導熱作用變弱，而鑄鐵材料在此溫度下仍然能正常工作并表現出優異的性能。目前，解決鋁合金在高溫及常溫下力學性能不高的措施，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有差別，所以在發動機工作情形下容易產生疲勞裂紋和鑲鑄件的松動缺陷。縱觀鑄造產品成形的全過程，鋁合金的耗能要比鑄鐵高；而鑄鐵產品的防振能力、自潤滑能力和高溫力學性能遠大于鋁合金。因此可以預見，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，作為ー種發動機新材料，蠕墨鑄鐵與普通灰鑄鐵相比，抗拉強度提高了約75%，彈性模量增加近40%，疲勞強度幾乎是灰鑄鐵的2倍，用蠕墨鑄鐵取代灰鑄鐵生產的發動機缸體至少可減輕重量10%，同時大大降低了疲勞變形和柴油機的污染物排放量。國外已在大功率柴油機發動機件上普遍采用蠕墨鑄鐵材料，其具備接近球墨鑄鐵的強度，有類似普通灰鑄鐵的防振、導熱能力及鋳造性能，且又較普通灰鑄鐵有更好的塑性和耐疲勞性能。總之，從目前合金材料的實際應用看，鑄鐵件的力學性能與高溫性能可滿足汽車發動機未來發展的要求。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，而提供ー種利用泡沫模樣代替傳統復雜造型過程實現零件生產的真空消失模鑄造エ藝。本發明的技術方案是
①制作泡塑造氣化模；
②組合澆鑄系統；
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工作臺上；
⑤填入底砂振實、刮平臺
⑥將烘干得氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當時間刮平箱ロ；
⑦用塑料薄膜覆蓋，放上澆ロ杯，接真空系統抽真空，底砂緊固成型后，進行澆注，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，三維振動緊實，抽真空狀態下澆鋳，模型氣化消失，金屬置換模型，復制出與泡塑模型一樣的鑄件。本發明的優點在干，(I)取消了混砂、制芯エ序，省去了傳統造型エ序中分箱、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，縮短了生產周期，降低了生產成本。
(2)由于在負壓下鑄型剛度大，鑄鐵件易于實現自補縮，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，易于實現一型多件澆注成形，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劑和添加物，例如煤粉、膨潤土、水)，既節約了大量的原材料，又有利于舊砂循環使用，噪音低、廢物少、污染少，能保持鑄造車間清潔和低強度的工作條件，減輕環境污染。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明的作進ー步說明，本發明包括以下生產步驟
①制作泡塑造氣化模；
②組合澆鑄系統；
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工作臺上；
⑤填入底砂振實、刮平臺；
⑥將烘干得氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當時間刮平箱ロ；
⑦用塑料薄膜覆蓋，放上澆ロ杯，接真空系統抽真空，底砂緊固成型后，進行澆注，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。實施例一
(I)模具的設計開發，濕式缸體和干式缸體鑄造的最大難點就是水道、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)，過多會導致該處用膠量過 大或者沒有粘接到位而導致滲涂料的現象(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滲漏。因此模具開發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，常規的消失模產品習慣將鑄件的壁厚取下限，將鑄件的整體重量減輕，以此來體現消失模鑄造的優勢。但對于發動機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該走上限，以增加上述范圍內的壁厚。(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，預發密度控制在23至26g/l。普通消失模鑄件強調的是在能成型的狀態下密度越輕越好，但對缸體類薄壁鑄件來說，密度太低會導致珠粒之間熔合困難，導致模片有疏松缺陷，進而在浸涂料時會造成涂料內滲形成涂料渣，澆注的鑄件就會有打壓滲漏現象。因此密度不宣太低。通過進ー步的論證和加工后打壓結果表明，這個密度范圍標準能滿足質量要求。成型機采用的是半自動液壓型，即人工加料完畢后其余エ序由設備控制系統自動完成，這樣能保證白模質量的一致性，對于大批量生產來說是非常重要的。(3)模樣的組合，
①白模一定要徹底烘干，包括澆注系統，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，并用油畫筆寫在規定的地方。重量超標的要単獨制定澆注參數。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，這在實踐中也證明了這一點，因此對于膠的用量是應該控制的，特別在水道和油道的粘接面更是如此。當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，發現超標的作上醒目標志，以便在后續エ序通過提高澆注溫度或者負壓度來解決。③粘接縫的修補，缸體類鑄件屬于復雜系數較大的ー類鑄件，特別是水道腔，該處最為復雜，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，那么在水壓試驗中就會出現滲漏現象。這在質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膏，該修補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，在打壓過程中發生滲漏而造成產品報廢。④澆注系統設計，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裂紋。而這些裂紋是很難被發現的。如果處理不好，澆注時將會導致水套粘砂，水道的粘砂常常無法清理而導致鑄件報廢。②涂料的剝離性能，缸體水道近似于ー個封閉的容器，在拋丸過程當中鋼丸無法進入到水道腔內部，如果涂料的剝離性能不好的話則水道內腔的涂料層將無法清理。現采取在涂料中加入助溶劑的辦法，通過多次調整，最終滿足了使用要求。(5)造型與澆注，缸體材質屬于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成份，需要注意的是Cr應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,負壓保持在-O. 04MPa至-O. 05MPa，澆注時間30s左右，最后通過強度檢查和硬度檢查。 達到的關鍵技術 (I)氣化模的制造技術
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調壓供電進行切割(電壓視需要而調節，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用細砂紙摩擦、可用硝化纖維素水溶液涂覆、對表面得細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)耐火涂料的設備及使用
真空消失模鑄鋼得涂料是極關重要的，主要要求有高的強度和較高的透氣性。涂料ー般由固料、粘結劑和載體三部分組成，又根據合金各類而有各種配方，公司研究開發出獨特的耐火涂料配方。(3)獨特的澆注系統粘結造型時粘結澆注是ー項十分細致的工作，要求粘結牢固，必要時可用插插鐵釘的辦法輔助解決，盡快用烘干涂料嚴封接ロ。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過早氣化，產生熱解碳冒黑畑。直澆ロ可一次性涂料，用木螺釘懸于墻型烘干，內澆ロ最好預先粘結在模型上，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，產品的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模精密鋳造。同吋，因為采用干砂造型，鑄件廢品率顯著下降。此外這種新エ藝對操作工人的技術水平要求不高，對鑄造行業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物可能會對鑄件的質量帶來不利影響，但只要對模型材料和制模エ藝、涂料以及干砂緊實等環節進行嚴格的控制，完全可以克服不利的影響因素，獲得優質的精密鑄件。②整個エ藝過程容易實現機械化、自動化生產。可以大大改善鋳造車間的環境條件，容易實現無污染生產。低溫下聚苯こ烯(EPS)對環境完全無害，澆注時排除的有機物量極少(只占鐵水重量的O. 3%)，而采用自硬砂澆鑄時的有機物排放量占到5%以上；同時EPS產生有機物的時間短，易于收集，可以通過對砂箱抽真空進行集中處理，實屬對環境的無公害排放。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97%以上。③鑄件形狀、結構不受限制，為鑄件設計提供了充分的自由度。由多個零件加工組裝的構件，可以通過分片制模然后粘合的辦法進行整體澆鑄成型。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和費用。④生產制造成本低，設備投資小。由于氣化模的制作成本低(僅為木模價格的1/3)，材料來源廣泛，所需的成形設備少，投資小。一般說來采用該技術，設備投資可減少 30%-50%，鑄件制造成本可下降25% — 30%，鑄件的成品率99%。因此，消失模鑄造技術符合鑄造發展的總趨勢，有著廣泛的發展前景。
權利要求
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； 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工作臺上； ⑤填入底砂振實、刮平臺； ⑥將烘干得氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當時間刮平箱口； ⑦用塑料薄膜覆蓋，放上澆口杯，接真空系統抽真空，底砂緊固成型后，進行澆注，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
本發明涉及鑄造技術領域，特別是指一種干式缸體的真空消失模鑄造工藝。包括以下生產步驟①制作泡塑造氣化模；②組合澆鑄系統；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工作臺上；⑤填入底砂振實、刮平臺；⑥將烘干得氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當時間刮平箱口；⑦用塑料薄膜覆蓋，放上澆口杯，接真空系統抽真空，底砂緊固成型后，進行澆注，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。本發明的優點在于，外觀整體漂亮，縮短了生產周期，降低了生產成本。加工余量小，鑄件重量輕。節約了原材料，有利于舊砂循環使用，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 優先權日2012年9月20日
發明者馮雄武, 龍進洋 申請人:長沙新安冶金機械制造有限公司