一種發動機氣門蓋鑄造的生產工藝方法與流程

2023-09-21 17:11:10

本發明屬鑄造工藝領域，特別是一種發動機氣門蓋鑄造的生產工藝方法。

背景技術：

目前，在國內以及國際上，鐵型覆砂鑄造工藝主要應用在球鐵曲軸、凸輪軸、平衡軸、耐壓閥體、缸套、耐磨鑄件、氣缸體等30餘類鑄件的鑄造生產上，而運用鐵型覆砂鑄造工藝技術來生產汽車發動機氣門蓋還是空白。在我國乃至國際上的發動機生產廠家，都是採用高壓鑄造或者靜壓鑄造方法生產發動機氣缸蓋。該工藝在較大汽車發動機生產廠已普遍使用，雖然質量上相對來說還比較穩定，但還是屬於普通的砂型鑄造，在造型時還是需要煤粉，用砂量很大，生產環境還未得到完全改善；同時也存在著砂處理等一整套設備、材料倉庫、型砂輸送、除塵等設備，工作環境比較差，不利於鑄造生產環保，而且設備投資大，成本高，所佔用的面積也大。而且，現今在汽車行業激烈競爭下，各汽車廠家生產的氣門蓋性能要求越來越高，多種性能指標要求達到或超過國家標準，如要求本體高強度、無滲漏等。而普通的砂型鑄造已經無法根本解決鑄鐵件本身因強度提高而造成的組織縮松而滲漏的問題，必須尋找到更好的辦法來解決。對比文件1， 申請號：CN201010223056，名稱：一種柴油機氣缸蓋，包括氣缸蓋本體，氣缸蓋本體內設置有垂直缸蓋底板布置的噴油器安裝孔，噴油器安裝孔正對氣缸孔中心，噴油器安裝孔與氣缸蓋一體鑄造成型，用於噴油器的直接安裝；噴油器安裝孔外壁連接氣缸蓋的頂板和底板，形成對缸蓋底板的支撐。氣缸蓋內設柴油回油孔，柴油回油孔與各個噴油器安裝孔垂直貫通，且柴油回油孔為貫穿氣缸蓋前、後端的通孔，存儲於噴油器安裝孔內的柴油通過柴油回油孔回流至噴油泵；氣缸蓋上還設有用於安裝氣門以及氣門油封的氣門導管，氣門導管與氣缸蓋一體鑄造成型。本發明通過鑄造一體成型的設計，有效提高了氣缸蓋結構集成化程度。噴油器安裝孔與氣缸蓋一體鑄造成型，安裝孔外壁連接氣缸蓋頂板和底板，形成支撐，其結構特徵與本申請不相同。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種鐵型覆砂鑄造發動機氣門蓋工藝方法，鐵型覆砂鑄造是在金屬型（又稱鐵型）內腔周圍覆上一層薄薄的型砂（又稱覆膜砂）的一種鑄造工藝方法。它是金屬型鑄造和殼型鑄造兩種方法的結合。獲得的鑄件具有尺寸精度高、機械性能好、組織緻密、生產成本低等優點。能解決氣門蓋鑄件常見的組織縮松、表面質量差、滲漏率高等問題的鐵型覆砂鑄造氣門蓋的生產方法。

本發明的技術解決方案是這樣的，一種發動機氣門蓋鑄造的生產方法， 其特徵在於其生產方法是：

方法，澆注系統的鐵水流道是由澆口杯到直澆口到橫澆口，由橫澆口通過濾網後均衡分到兩個分橫澆口，再由兩個分橫澆口分別分到內澆口到鑄件；

方法，上半模模樣最高處射孔部位裝有外徑Φ6mm氣孔針，上半模四周圍芯頭部位裝有外徑Φ8mm氣孔針，鐵型的分型面上的半圓排氣槽直徑為Φ5mm；

方法，上鐵型覆砂，下鐵型為鐵型框、不覆砂；

方法，合箱時四角放的墊片厚為0.1-0.35mm；

方法，合箱的扣箱力為60-80N.M。

其工藝步驟是：

步驟，造型：外砂箱採用鐵型，覆膜砂為樹脂砂，上鐵型的內腔按氣缸蓋的形狀隨型制出，隨型覆砂層厚度為8mm-10mm；澆注系統有澆口杯、直澆口、橫澆口、濾網，採用封閉式澆口；下鐵型為空鐵型框，內腔表面不覆砂，形狀尺寸按氣缸蓋底盤砂芯外框尺寸加工好，裝芯時將砂芯整體裝入下鐵型框中；

步驟，砂芯：氣缸蓋砂芯的組裝、上塗料並濾幹、烘乾等與已有工藝相近似；

步驟，裝芯：人工裝芯或用固定式裝芯工位夾具或機器人裝芯；

步驟，合箱：合箱前使用石綿墊壓住芯頭出氣孔位置，下鐵型分型面的四角放上墊片，墊片厚0.1-0.25mm，上半鐵型吹乾靜散砂後合箱；推進澆注滾道，扣上箱扣；澆口杯採用直衝漏鬥澆口杯，安裝到鐵型時要使用封箱條；

步驟，澆註：根據氣缸蓋產品的材料牌號熔煉鐵水，澆注溫度控制在1250-1400℃；

步驟，開箱：澆注後20分鐘開箱扣；鑄件凝固時間需要30分鐘後才能落箱、自由冷卻。

本發明的優點是：使用本發明出品率由原來普通砂型鑄造工藝的72%提高到鐵型鑄造的80%以上，因鐵型使用了不含水分的樹脂砂做覆砂造型材料，從而消除了皮下氣孔缺陷；鐵水凝固過程中得到快速冷卻，基本消除了氣門蓋常有的組織縮松缺陷，解決了氣門蓋在壓力工作環境下的滲漏問題，提高了鑄件的整體機械性能，滿足或超過目前氣門蓋生產要求的各項性能指標；減少了砂處理系統龐大的設備、場地投入和造型用砂量；改善了鑄造長期以來的惡劣環境，環保性好。整個工藝流程簡單，容易採取措施和控制，產品的生產成本比砂型鑄造工藝生產要低30～50%，且適用於各種類型發動機氣門蓋、氣缸體和排氣管等箱體類重要複雜零部件的生產和多種要求高質量的其它大中小零件，應用前景廣泛。

具體實施方式

本發明的實施例是：

實施例1，鐵型覆砂鑄造發動機氣門蓋工藝是利用鐵型增加鐵水在鑄造過程中的冷卻速度，細化組織，提高了氣門蓋的組織緻密性。在同等熔煉鐵水的成分下，使用鐵型覆砂鑄造工藝生產氣門蓋比普通砂型鑄造工藝可以獲得更高的抗拉強度、硬度和更好的石墨形態和石墨大小級別，穩定珠光體在95%以上。最重要的是以往氣門蓋砂型鑄造出現的三漏（漏油、漏水、漏汽）問題可以得到有效解決。

鐵型覆砂鑄造發動機氣門蓋工藝在具有工藝出品率高、組織緻密不滲漏、綜合性能高、用砂量少、設備投資少、生產周期短、見效快、設備佔用面積少、生產效率高、製造成本低、環保性好等優點。

具體實施如下：

1.造型：上鐵型採用鐵型覆砂鑄造發動機氣門蓋工藝進行。上砂箱採用鐵型，覆膜砂是採用普通覆膜砂，鐵型鑄造工藝按照4 件/型進行設計，鐵型的內腔是按照汽缸體的形狀隨型制出，隨型覆砂層厚度為8-10mm。下鐵型為空鐵型框，內腔表面不覆砂，內腔形狀尺寸按氣門蓋底盤砂芯外框尺寸加工好，裝芯時將砂芯整體裝入下鐵型框中。

2. 砂芯：砂芯是採用冷芯樹脂砂，配製、工藝均一樣。砂芯組裝、整體浸泡上塗料並濾幹、進爐烘乾的工藝；砂芯烘乾溫度一般控制在200-220℃，升溫3h保溫2h。

3. 裝芯：先檢查所裝坭芯是否符合要求；用裝芯工位夾具吊裝下芯或機器人進行裝芯，定位準確、方便可靠。

4. 合箱：在合箱之前檢查裝芯是否到位，使用少量的封箱條壓住芯頭、芯頭出氣孔位置、坭芯直澆道等，在坭芯頭的澆注系統位置裝上過濾網，並推至合箱機處，四角放有0.3-0.4mm厚墊片；檢查上半模型質量，並吹靜散砂，進行合箱；推進澆注滾道，扣上箱扣（邊扣一般為4個）扣箱力一般在80-85N.M；澆口杯採用直衝漏鬥澆口杯，安裝到鐵型時要使用封箱條；

5. 澆註：根據氣缸蓋產品的材料牌號熔煉鐵水，澆注溫度控制在1420-1440℃之間，澆注時間在9.5-16s之間；待澆口杯鐵水成糊狀時打斷澆口杯；

6.開箱：澆注後25分鐘開箱扣；鑄件凝固時間35分鐘時落箱，落箱後的鑄件為暗紅色，然後自由冷卻到室溫。

7.檢驗結果：採用本體解剖抽樣進行抗拉強度檢驗，以T9000氣缸蓋為例，其結果抗拉強度為270Mpa；硬度為HB224；石型為 A型石墨；石墨長為4級；珠光體95%；磷共晶1級。

用本發明的鐵型覆砂方法鑄造發動機氣門蓋，在滿足性能要求的條件下可以減少或者不用加入合金，如Cu合金可以由原來的 0.7～0.8 %減少到0.2～0.3 %；在保證氣門蓋本體硬度符合要求下，完全可以不用加鉬鐵。

實踐說明：運用本發明的方法生產氣門蓋，本體機械性能比砂型鑄造本體要求牌號要高出一個牌號以上，從而保證滿足日益發展的汽車製造行業競爭要求。

用本發明的方法，不僅可以生產出蠕墨鑄鐵或球墨鑄鐵汽缸體、缸蓋、排氣管等高質量的汽車重要零部件，還可以用於各行各業的機械製造，如航空、鐵路機車車輛、農用機械、建築機械和軍工等等需承受高強度、高韌性、高緻密性、高耐磨的大中小零件的生產。

實施例2，工藝步驟如下：

（1）.造型： 外砂箱採用鐵型，覆膜砂為樹脂砂，上鐵型的內腔按氣門蓋的形狀隨型制出，隨型覆砂層厚度為8mm-10mm；澆注系統有澆口杯、直澆口、橫澆口、濾網，採用封閉式澆口；下鐵型為空鐵型框，內腔表面不覆砂，形狀尺寸按氣缸蓋底盤砂芯外框尺寸加工好，裝芯時將砂芯整體裝入下鐵型框中；

（2）. 砂芯：氣缸蓋砂芯的組裝、上塗料並濾幹、烘乾等與已有工藝相近似；

（3）.裝芯：人工裝芯或用固定式裝芯工位夾具或機器人裝芯；

（4）.合箱：合箱前使用石綿墊壓住芯頭出氣孔位置，下鐵型分型面的四角放上墊片；上半鐵型吹乾靜散砂後合箱；推進澆注滾道，扣上箱扣；澆口杯採用直衝漏鬥澆口杯，安裝到鐵型時要使用封箱條；

（5）.澆註：澆注溫度控制在1420-1440℃；

（6）. 開箱：澆注後25分鐘開箱扣；鑄件凝固時間需要30分鐘以上才能落箱、自由冷卻。