一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝的製作方法
2023-12-01 02:00:51
一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝，該工藝主要包括以下步驟：設計白模模具、白模成型、白模塗料、振動造型、澆注和冷卻清理。本發明提供的鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝特點在於在整個工藝流程自始至終沒有採用真空系統，大大簡化了工藝，在沒有降低產品質量的前提下，提高了生產效率，降低了生產成本。依照本發明工藝方法獲得的鋁合金缸體或缸蓋還具有形位尺寸精度高、內外表面質量好、鑄件合格率高等優點。
【專利說明】一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及發動機缸體或缸蓋製造工藝，特別涉及到一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝。
【背景技術】
[0002]汽車發動機缸體、缸蓋是一種結構複雜、壁厚較薄且不均勻、尺寸精度及力學性能要求較高、製造工藝難度大的鑄件。此外，不同類型的發動機缸體、缸蓋結構、形狀差別較大。隨著轎車和輕型車中鑄件的逐步輕量化、精確化、強韌化和複合化，目前大部分發動機缸體、缸蓋選用高強度鑄招合金生產。
[0003]目前，國內普遍採用金屬型重力鑄造、金屬型低壓鑄造或砂型鑄造等工藝方法生產鋁合金缸體、缸蓋。採用金屬型重力鑄造或者低壓鑄造工藝，模具耗資巨大；採用砂型鑄造，鋁鑄件中不可避免地存在缺陷，另由於鋁合金缸體、缸蓋結構和工藝複雜，品質要求聞，因而鑄造廢品率也很聞,影響廣品的品質和成本。
[0004]申請號為 200310121116.2,201210018758.9,201110278676.3,201110278679.7和200610039860.1的中國專利，公開了數種鑄鐵等材質類缸體、缸蓋的消失模鑄造工藝。但是，首先，這些消失模鑄造工藝方法大多僅適用鑄鐵材質；其次，這些消失模鑄造工藝方法在澆注及澆注步驟前後都需要外接真空系統，以提高白模熱解產物的排出，這樣大大增加了工藝操作的複雜程度，降低了生產效率，提高了生產成本。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術發動機缸體或缸蓋製造工藝的各種不足，本發明提出一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝，該工藝方法工藝路線簡便，所獲得的鋁合金缸體或缸蓋形位尺寸精度更高、內外表面質量更好。
[0006]本發明一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝包括以下步驟:
[0007]a.白模模具:根據待製作鋁合金缸體或缸蓋的結構特點及幹砂充填角度，選擇相匹配的白模模具；
[0008]b.白模成型:首先通過發泡機將泡沫塑料顆粒預發泡變大，再靜置熟化；然後放入成型機上的步驟a的白模模具中；通蒸汽將其膨脹融解成型，最終形成鑄件模樣的白模部件，之後通冷水進行冷卻降溫；將冷去過後的白模部件送入烘乾室烘乾，烘乾後進行白模組裝和粘結澆冒口，得到白模；
[0009]c.白模塗料:在步驟b組裝得到的白模表面浸刷塗料，浸刷後將白模烘乾；
[0010]d.振動造型:將空砂箱送入振動造型工部，向空砂箱中局部填充型砂；把步驟c烘乾後的泡塑模型白模放入砂箱中並使其穩固，然後分層填加型砂；啟動振動臺振實型砂；
[0011]e.澆注:在步驟d振動臺振實型砂之後，將融化好的鋁合金溶液澆入白模模型中；
[0012]f.冷卻清理:步驟e澆注完成後，進行冷卻；將包含冷卻後鑄件的砂箱翻箱，翻箱過後將取出的鑄件浸入水池中繼續進行冷卻處理；水冷卻後的鑄件進行打磨處理，打磨後即得到目標鋁合金缸體或缸蓋鑄件。
[0013]作為優選:步驟b中泡沫塑料為聚苯乙烯EPS，發泡溫度為80-100°C，熟化溫度為20-25°C，熟化時間為24h，烘乾溫度為50-60°C。
[0014]作為優選:步驟d中振動臺振實時間為30-60秒。
[0015]作為優選:步驟d中振動造型工部由兩條造型線和一條回箱線組成，砂箱的循環運行是由砂箱軌道和手動變軌車來完成，每一條生產線由工藝要求的砂箱數量組成，振動造型後的砂箱依次進入兩條澆注冷卻線，進行澆注，澆注完成後進行冷卻，在這兩條澆注線澆注的同時，造型線造好型的砂箱依次進入另外兩條澆注冷卻線等待澆注，並重複前兩條澆注冷卻線的動作，以此循環。
[0016]作為優選:步驟f中冷卻清理具體步驟為，冷卻的鑄件隨砂箱通過手動變軌車運至回箱線上，砂箱人工推至液壓翻箱機上進行翻箱，翻箱後鑄件落在落砂格柵上運往鑄件清理工部進行下工序作業，此時熾熱的幹砂經落砂溜鬥均勻的流入振動輸送篩分機，經過篩分後，砂中的雜質、砂塊、大的鐵?飛邊流入廢料鬥，熱砂由耐聞溫的環鏈提升機提升進入風選、磁選機，進行風選、磁選分離，粉塵從風選機除塵口進入除塵系統；鐵豆等磁性物質被磁選分離落入廢料箱。
[0017]作為優選:鑄件清理採用吊鉤連續式清理拋丸機，鑄件的精整打磨採用變頻式手提砂輪機在鑄件上打磨。
[0018]本發明的有益效果:
[0019]一、本發明提供的工藝方法在整個工藝流程自始至終沒有採用真空系統，在沒有降低產品質量的前提下，大大簡化了生產工藝，提高了生產效率，節約了生產成本。
[0020]二、依照本工藝方法製造獲得的具有複雜結構的鋁合金缸體和缸蓋的形位尺寸精度更高、內外表面質量更好、鑄件合格率高、成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]附圖1為本發明的製作泡塑模型白模的工藝流程圖；
[0022]附圖2為本發明振動造型和澆注的工藝流程圖；
[0023]附圖3為本發明的鑄件冷卻清理的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步闡述。
[0025]實施例1，一種發動機鋁合金缸體、缸蓋的消失模鑄造工藝，本實施例用於說明本發明的技術方案。
[0026]參見圖1、圖2和圖3，具體步驟包括:製作泡塑模型白模、振動造型、澆注和冷卻清理。
[0027]模樣材料採用聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料，EPS珠粒經發泡、成型、組裝後，浸敷塗料並烘乾，然後置於特製砂箱內，充填無粘結劑的幹砂，震實。金屬液進入型腔時，塑料模型迅速氣化，金屬液佔據模型位置，凝固後形成鑄件。由於不用砂芯，沒有分型面，鑄件披縫少，砂子為幹砂，砂子與金屬液間有塗料層相隔，落砂容易清理，減少揚塵，且勞動量減少30-50% ;鑄件綜合成本比高壓造型和樹脂砂降低20-30%。
[0028]首先根據鑄件的材質以及壁厚選擇適合它的原始珠粒。將原始珠粒按定量加入間歇式預發機中進行預發泡，使其達到工藝要求的密度，通過預發機硫化床乾燥後發送到熟化倉內進行熟化。熟化後的珠粒運送到成型間，將珠粒注入到成型機上的模具中，通蒸汽將其膨脹融解成型，形成鑄件模樣，通冷水進行冷卻降溫，使白模具有一樣的強度，這時成型機起模人工取出白模放到白模烘乾車上，運輸至熱風隧道通過式烘乾室進行烘乾。白模烘乾車在烘乾室軌道上行走，每推進室內一車，在另一端頂出一車，以此循環。烘乾室採用熱風強制循環系統，烘乾室內的溫度及溼度通過PLC自動控制達到工藝要求，大大提高了生產效率，並節約能源。白模烘乾後運輸到組模間組裝、粘結澆冒口。組裝好的白模運輸至塗料間浸刷塗料，不同材質的鑄件選擇不同的塗料配方，將原材料放入塗料攪拌機中進行攪拌，達到工藝要求時間後測試塗料密度，經測試合格後再放入塗料槽中供工人使用。將浸刷好的白模放到烘乾車上運輸至黃模烘乾室進行烘乾，達到工藝要求的塗層厚度後進行烘乾、修補。經過烘乾後的黃模用烘乾車運輸到黑區造型工部進行填箱、造型，烘乾車空車返回成型間。至此白區工藝流程全部結束。
[0029]具體的，泡塑模型採用聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料製成，首先通過發泡機把聚苯乙烯顆粒發泡變大，再靜置熟化24h，放入成型機上的模具中，通蒸汽將其膨脹融解成型，形成鑄件模樣的白模，通冷水進行冷卻降溫，將白模送入烘乾室烘乾，然後進行白模組裝和粘結澆冒口，在組裝好的白模表面浸刷塗料，送入烘乾室進行烘乾後待用。具體的，發泡溫度為80-100°C，熟化溫度為20-25°C，烘乾溫度為50_60°C。
[0030]具體的，制模步驟為:
[0031 ] 通過發泡機把聚苯乙烯顆粒發泡變大，直徑由2_增加到8_左右，再靜置熟化約24h，放入成型機模板上，聚苯乙烯顆粒受熱呈再次膨脹狀態，使顆粒相互融合，形成光滑表面。模片冷卻後還需用人工的方式使用粘接劑把模片粘在一起形成模型，塗上一層一定厚度的塗料，送入烘乾房進行烘乾後待用。本工段鍋爐燃料為天然氣。
[0032]a.預發泡
[0033]通過預發，EPS珠粒可膨脹35-50倍。
[0034]預發泡堆積密度:鋁合金:18-28Kg/m3。
[0035]預發泡溫度:80-100°C。
[0036]b.珠粒熟化
[0037]熟化的機理:珠粒在高溫下軟化、微孔內氣體膨脹的同時，蒸汽也向內滲透，導致珠粒體積增大，遇冷後微孔內水蒸汽凝結，氣體收縮使其壓力低於大氣壓，珠粒處於受壓狀態，這種壓力可能使珠粒表面產生不可恢復的變形。因此，預發後的珠粒要防止激冷並存放一段時間，使空氣能滲透到微孔內，同時微孔內的凝結水也逐漸蒸發，珠粒乾燥，內外壓力達到平衡，這個過程一般稱為熟化。
[0038]熟化工藝參數:熟化溫度通常為20_25°C，預發泡後珠粒熟化時間太短，制模時膨脹性較差，使模樣表面不光潔，某些部位珠粒還會破裂。最少熟化時間取決於預發泡種類、相對溼度、溫度和珠粒密度。本實施例熟化溫度為22°C，熟化時間24h。
[0039]c.EPS再次受熱膨脹發泡成型，使顆粒相互融合，形成光滑表面
[0040]再次受熱發泡溫度:150-170°C ；EPS發泡成型後尺寸收縮0.4-0.6% ;時效:人工時效 40-60°C /2-8h (不大於 48h)。
[0041]具體的，振動造型步驟為:先將空砂箱送入振動造型工部，向空砂箱中置入一定量的型砂，再把泡塑模型放入砂箱中並使其穩固，然後再按工藝要求分層填加型砂，振實30-60秒，增加型砂的堆積密度並使型砂充滿泡塑模型的各個部位後，刮平箱口。烘乾房採用電暖器加熱，烘乾溫度在50-60°C間，最高溫度不許超過65°C。烘乾時間為2-4h。
[0042]具體的，熔化步驟為:利用燃氣反射爐熔煉鋁錠，熔煉好的鋁水送到鑄造工段去澆注。
[0043]具 體的，鑄造和冷卻清理步驟為:
[0044]先向空砂箱中置入一定量的型砂，再把泡塑氣化模具放入砂箱中並使其穩固?』然後再按工藝要求分層填加型砂，振實30-60秒，增加型砂的堆積密度並使型砂充滿模型的各個部位後，刮平箱口。
[0045]振動造型工部由兩條造型線和一條回箱線組成，砂箱的循環運行是由砂箱軌道和手動變軌車來完成，每一條生產線由工藝要求的砂箱數量組成，振動造型後的砂箱依次進入兩條澆注冷卻線，澆注冷卻線進入一定數量砂箱後，人工澆注，澆注完成後進入冷卻段進行冷卻，在這兩條澆注線澆注的同時，造型線造好型的砂箱依次進入另外兩條澆注冷卻線等待澆注，並重複前兩條澆注冷卻線的動作，以此循環。
[0046]澆注、冷卻後的鑄件隨砂箱通過手動變軌車運至回箱線上，砂箱人工推至液壓翻箱機上進行翻箱，翻箱後鑄件落在落砂格柵上運往鑄件清理工部進行下工序作業，此時熾熱的幹砂經落砂溜鬥均勻的流入振動輸送篩分機，經過篩分後，砂中的雜質、砂塊、大的鐵豆飛邊等流入廢料鬥，熱砂由耐高溫的環鏈提升機提升進入風選、磁選機，進行的風選、磁選分離，粉塵從風選機除塵口進入除塵系統；鐵豆等磁性物質被磁選分離落入廢料箱。具體的，將鑄件浸入水池中進行冷卻處理。
[0047]鑄件清理採用吊鉤連續式清理拋丸機，鑄件的精整打磨採用變頻式手提砂輪機在鑄件上打磨，經熱處理後去機加工或入庫待出口。
[0048]具體的，本實施例工藝方法具體生產時，按下總啟動按鈕,整條線將按順序自動開機；當整條線符合停機條件時，整條線就將自動關機，但是若其中某單元設備不符合停機條件時，則該設備可繼續運行，直至符合條件後完全停機。下班關機時，只要按下總停止按鈕則整條線將按順序停機。
[0049]當全線或單元設備運行時，若其中某一臺設備出現故障停機時，該設備則會顯示紅燈報警，並且此時該故障設備的前繼設備均會立即停機而後繼設備會正常運行。從而保護了設備的超載運行，杜絕設備事故的發生。整條線的電控不僅對各單元設備進行控制，而且對砂庫的料位器也進行停機、開機聯動控制。
[0050]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝，其特徵在於，包括以下步驟: a.白模模具:根據待製作鋁合金缸體或缸蓋的結構特點及幹砂充填角度，選擇相匹配的白1?!?具； b.白模成型:首先通過發泡機將泡沫塑料顆粒預發泡變大，再靜置熟化；然後放入成型機上的步驟a的白模模具中；膨脹融解成型，最終形成鑄件模樣的白模部件，之後通冷水進行冷卻降溫；將冷過後的白模部件送入烘乾室烘乾，烘乾後進行白模組裝和粘結澆冒口，得到白模； c.白模塗料:在步驟b組裝得到的白模表面浸刷塗料，浸刷後將白模烘乾； d.振動造型:將空砂箱送入振動造型工部，向空砂箱中局部填充型砂；把步驟c烘乾後的泡塑模型白模放入砂箱中並使其穩固，然後分層填加型砂；啟動振動臺振實型砂； e.澆注:在步驟d振動臺振實型砂之後，將融化好的鋁合金溶液澆入白模模型中； f.冷卻清理:步驟e澆注完成後，進行冷卻；將包含冷卻後鑄件的砂箱翻箱，翻箱過後將取出的鑄件浸入水池中繼續進行冷卻處理；水冷卻後的鑄件進行打磨處理，打磨後即得到目標招合金缸體或缸蓋鑄件。
2.根據權利要求1所述的一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝，其特徵在於:所述步驟b中泡沫塑料為聚苯乙烯EPS，發泡溫度為80-100°C，熟化溫度為20-25°C，熟化時間為24h，烘乾溫度為50-60°C。
3.根據權利要求2所述的一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝，其特徵在於:所述步驟d中振動臺振實時間為30-60秒。
4.根據權利要求3所述的一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝，其特徵在於:所述步驟d中振動造型工部由兩條造型線和一條回箱線組成，砂箱的循環運行是由砂箱軌道和手動變軌車來完成，每一條生產線由工藝要求的砂箱數量組成，振動造型後的砂箱依次進入兩條澆注冷卻線，澆注，澆注完成後進行冷卻，在這兩條澆注線澆注的同時，造型線造好型的砂箱依次進入另外兩條澆注冷卻線等待澆注，並重複前兩條澆注冷卻線的動作，以此循環。
5.根據權利要求4所述的一種鋁合金缸體或缸蓋的消失模鑄造工藝，其特徵在於:所述步驟f中冷卻清理具體步驟為，冷卻的鑄件隨砂箱通過手動變軌車運至回箱線上，砂箱人工推至液壓翻箱機上進行翻箱，翻箱後鑄件落在落砂格柵上運往鑄件清理工部進行下工序作業，此時熾熱的幹砂經落砂溜鬥均勻的流入振動輸送篩分機，經過篩分後，砂中的雜質、砂塊、大的鐵豆飛邊流入廢料鬥，熱砂由耐高溫的環鏈提升機提升進入風選、磁選機，進行風選、磁選分離，粉塵從風選機除塵口進入除塵系統；磁性物質被磁選分離落入廢料箱；鑄件清理採用吊鉤連續式清理拋丸機，鑄件的精整打磨採用變頻式手提砂輪機在鑄件上打磨。
【文檔編號】B22C9/22GK103990760SQ201410222317
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】宋世強, 趙鍇 申請人:重慶漢華汽車零部件製造有限公司