CN103990760A - 一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺，该工艺主要包括以下步骤：设计白模模具、白模成型、白模涂料、振动造型、浇注和冷却清理。本发明提供的铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺特点在于在整个工艺流程自始至终没有采用真空系统，大大简化了工艺，在没有降低产品质量的前提下，提高了生产效率，降低了生产成本。依照本发明工艺方法获得的铝合金缸体或缸盖还具有形位尺寸精度高、内外表面质量好、铸件合格率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及发动机缸体或缸盖制造工艺，特别涉及到一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺。
背景技术
汽车发动机缸体、缸盖是一种结构复杂、壁厚较薄且不均匀、尺寸精度及力学性能要求较高、制造工艺难度大的铸件。此外，不同类型的发动机缸体、缸盖结构、形状差别较大。随着轿车和轻型车中铸件的逐步轻量化、精确化、强韧化和复合化，目前大部分发动机缸体、缸盖选用高强度铸铝合金生产。
目前，国内普遍采用金属型重力铸造、金属型低压铸造或砂型铸造等工艺方法生产铝合金缸体、缸盖。采用金属型重力铸造或者低压铸造工艺，模具耗资巨大；采用砂型铸造，铝铸件中不可避免地存在缺陷，另由于铝合金缸体、缸盖结构和工艺复杂,品质要求高,因而铸造废品率也很高,影响产品的品质和成本。
申请号为200310121116.2、201210018758.9、201110278676.3、201110278679.7和200610039860.1的中国专利，公开了数种铸铁等材质类缸体、缸盖的消失模铸造工艺。但是，首先，这些消失模铸造工艺方法大多仅适用铸铁材质；其次，这些消失模铸造工艺方法在浇注及浇注步骤前后都需要外接真空系统，以提高白模热解产物的排出，这样大大增加了工艺操作的复杂程度，降低了生产效率，提高了生产成本。
发明内容
为了克服现有技术发动机缸体或缸盖制造工艺的各种不足，本发明提出一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺，该工艺方法工艺路线简便，所获得的铝合金缸体或缸盖形位尺寸精度更高、内外表面质量更好。
本发明一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺包括以下步骤：
a.白模模具：根据待制作铝合金缸体或缸盖的结构特点及干砂充填角度，选择相匹配的白模模具；
b.白模成型：首先通过发泡机将泡沫塑料颗粒预发泡变大，再静置熟化；然后放入成型机上的步骤a的白模模具中；通蒸汽将其膨胀融解成型，最终形成铸件模样的白模部件，之后通冷水进行冷却降温；将冷去过后的白模部件送入烘干室烘干，烘干后进行白模组装和粘结浇冒口，得到白模；
c.白模涂料：在步骤b组装得到的白模表面浸刷涂料，浸刷后将白模烘干；
d.振动造型：将空砂箱送入振动造型工部，向空砂箱中局部填充型砂；把步骤c烘干后的泡塑模型白模放入砂箱中并使其稳固，然后分层填加型砂；启动振动台振实型砂；
e.浇注：在步骤d振动台振实型砂之后，将融化好的铝合金溶液浇入白模模型中；
f.冷却清理：步骤e浇注完成后，进行冷却；将包含冷却后铸件的砂箱翻箱，翻箱过后将取出的铸件浸入水池中继续进行冷却处理；水冷却后的铸件进行打磨处理，打磨后即得到目标铝合金缸体或缸盖铸件。
作为优选：步骤b中泡沫塑料为聚苯乙烯EPS，发泡温度为80-100℃，熟化温度为20-25℃，熟化时间为24h，烘干温度为50-60℃。
作为优选：步骤d中振动台振实时间为30-60秒。
作为优选：步骤d中振动造型工部由两条造型线和一条回箱线组成，砂箱的循环运行是由砂箱轨道和手动变轨车来完成，每一条生产线由工艺要求的砂箱数量组成，振动造型后的砂箱依次进入两条浇注冷却线，进行浇注，浇注完成后进行冷却，在这两条浇注线浇注的同时，造型线造好型的砂箱依次进入另外两条浇注冷却线等待浇注，并重复前两条浇注冷却线的动作，以此循环。
作为优选：步骤f中冷却清理具体步骤为，冷却的铸件随砂箱通过手动变轨车运至回箱线上，砂箱人工推至液压翻箱机上进行翻箱，翻箱后铸件落在落砂格栅上运往铸件清理工部进行下工序作业，此时炽热的干砂经落砂溜斗均匀的流入振动输送筛分机，经过筛分后，砂中的杂质、砂块、大的铁豆飞边流入废料斗，热砂由耐高温的环链提升机提升进入风选、磁选机，进行风选、磁选分离，粉尘从风选机除尘口进入除尘系统；铁豆等磁性物质被磁选分离落入废料箱。
作为优选：铸件清理采用吊钩连续式清理抛丸机，铸件的精整打磨采用变频式手提砂轮机在铸件上打磨。
本发明的有益效果：
一、本发明提供的工艺方法在整个工艺流程自始至终没有采用真空系统，在没有降低产品质量的前提下，大大简化了生产工艺，提高了生产效率，节约了生产成本。
二、依照本工艺方法制造获得的具有复杂结构的铝合金缸体和缸盖的形位尺寸精度更高、内外表面质量更好、铸件合格率高、成本低。
附图说明
附图1为本发明的制作泡塑模型白模的工艺流程图；
附图2为本发明振动造型和浇注的工艺流程图；
附图3为本发明的铸件冷却清理的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1，一种发动机铝合金缸体、缸盖的消失模铸造工艺，本实施例用于说明本发明的技术方案。
参见图1、图2和图3，具体步骤包括：制作泡塑模型白模、振动造型、浇注和冷却清理。
模样材料采用聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料，EPS珠粒经发泡、成型、组装后，浸敷涂料并烘干，然后置于特制砂箱内，充填无粘结剂的干砂，震实。金属液进入型腔时，塑料模型迅速气化，金属液占据模型位置，凝固后形成铸件。由于不用砂芯，没有分型面，铸件披缝少，砂子为干砂，砂子与金属液间有涂料层相隔，落砂容易清理，减少扬尘，且劳动量减少30-50％；铸件综合成本比高压造型和树脂砂降低20-30％。
首先根据铸件的材质以及壁厚选择适合它的原始珠粒。将原始珠粒按定量加入间歇式预发机中进行预发泡，使其达到工艺要求的密度，通过预发机硫化床干燥后发送到熟化仓内进行熟化。熟化后的珠粒运送到成型间，将珠粒注入到成型机上的模具中，通蒸汽将其膨胀融解成型，形成铸件模样，通冷水进行冷却降温，使白模具有一样的强度，这时成型机起模人工取出白模放到白模烘干车上，运输至热风隧道通过式烘干室进行烘干。白模烘干车在烘干室轨道上行走，每推进室内一车，在另一端顶出一车，以此循环。烘干室采用热风强制循环系统，烘干室内的温度及湿度通过PLC自动控制达到工艺要求，大大提高了生产效率，并节约能源。白模烘干后运输到组模间组装、粘结浇冒口。组装好的白模运输至涂料间浸刷涂料，不同材质的铸件选择不同的涂料配方，将原材料放入涂料搅拌机中进行搅拌，达到工艺要求时间后测试涂料密度，经测试合格后再放入涂料槽中供工人使用。将浸刷好的白模放到烘干车上运输至黄模烘干室进行烘干，达到工艺要求的涂层厚度后进行烘干、修补。经过烘干后的黄模用烘干车运输到黑区造型工部进行填箱、造型，烘干车空车返回成型间。至此白区工艺流程全部结束。
具体的，泡塑模型采用聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料制成，首先通过发泡机把聚苯乙烯颗粒发泡变大，再静置熟化24h，放入成型机上的模具中，通蒸汽将其膨胀融解成型，形成铸件模样的白模，通冷水进行冷却降温，将白模送入烘干室烘干，然后进行白模组装和粘结浇冒口，在组装好的白模表面浸刷涂料，送入烘干室进行烘干后待用。具体的，发泡温度为80-100℃，熟化温度为20-25℃，烘干温度为50-60℃。
具体的，制模步骤为：
通过发泡机把聚苯乙烯颗粒发泡变大，直径由2mm增加到8mm左右，再静置熟化约24h，放入成型机模板上，聚苯乙烯颗粒受热呈再次膨胀状态，使颗粒相互融合，形成光滑表面。模片冷却后还需用人工的方式使用粘接剂把模片粘在一起形成模型，涂上一层一定厚度的涂料，送入烘干房进行烘干后待用。本工段锅炉燃料为天然气。
a.预发泡
通过预发，EPS珠粒可膨胀35-50倍。
预发泡堆积密度：铝合金：18-28Kg/m3。
预发泡温度：80-100℃。
b.珠粒熟化
熟化的机理：珠粒在高温下软化、微孔内气体膨胀的同时，蒸汽也向内渗透，导致珠粒体积增大，遇冷后微孔内水蒸汽凝结，气体收缩使其压力低于大气压，珠粒处于受压状态，这种压力可能使珠粒表面产生不可恢复的变形。因此，预发后的珠粒要防止激冷并存放一段时间，使空气能渗透到微孔内，同时微孔内的凝结水也逐渐蒸发，珠粒干燥，内外压力达到平衡，这个过程一般称为熟化。
熟化工艺参数：熟化温度通常为20-25℃，预发泡后珠粒熟化时间太短，制模时膨胀性较差，使模样表面不光洁，某些部位珠粒还会破裂。最少熟化时间取决于预发泡种类、相对湿度、温度和珠粒密度。本实施例熟化温度为22℃，熟化时间24h。
c.EPS再次受热膨胀发泡成型，使颗粒相互融合，形成光滑表面
再次受热发泡温度：150-170℃；EPS发泡成型后尺寸收缩0.4-0.6％；时效：人工时效40-60℃/2-8h(不大于48h)。
具体的，振动造型步骤为：先将空砂箱送入振动造型工部，向空砂箱中置入一定量的型砂，再把泡塑模型放入砂箱中并使其稳固，然后再按工艺要求分层填加型砂，振实30-60秒，增加型砂的堆积密度并使型砂充满泡塑模型的各个部位后，刮平箱口。烘干房采用电暖器加热，烘干温度在50-60℃间，最高温度不许超过65℃。烘干时间为2-4h。
具体的，熔化步骤为：利用燃气反射炉熔炼铝锭，熔炼好的铝水送到铸造工段去浇注。
具体的，铸造和冷却清理步骤为：
先向空砂箱中置入一定量的型砂，再把泡塑气化模具放入砂箱中并使其稳固；然后再按工艺要求分层填加型砂，振实30-60秒，增加型砂的堆积密度并使型砂充满模型的各个部位后，刮平箱口。
振动造型工部由两条造型线和一条回箱线组成，砂箱的循环运行是由砂箱轨道和手动变轨车来完成，每一条生产线由工艺要求的砂箱数量组成，振动造型后的砂箱依次进入两条浇注冷却线，浇注冷却线进入一定数量砂箱后，人工浇注，浇注完成后进入冷却段进行冷却，在这两条浇注线浇注的同时，造型线造好型的砂箱依次进入另外两条浇注冷却线等待浇注，并重复前两条浇注冷却线的动作，以此循环。
浇注、冷却后的铸件随砂箱通过手动变轨车运至回箱线上，砂箱人工推至液压翻箱机上进行翻箱，翻箱后铸件落在落砂格栅上运往铸件清理工部进行下工序作业，此时炽热的干砂经落砂溜斗均匀的流入振动输送筛分机，经过筛分后，砂中的杂质、砂块、大的铁豆飞边等流入废料斗，热砂由耐高温的环链提升机提升进入风选、磁选机，进行的风选、磁选分离，粉尘从风选机除尘口进入除尘系统；铁豆等磁性物质被磁选分离落入废料箱。具体的，将铸件浸入水池中进行冷却处理。
铸件清理采用吊钩连续式清理抛丸机，铸件的精整打磨采用变频式手提砂轮机在铸件上打磨，经热处理后去机加工或入库待出口。
具体的，本实施例工艺方法具体生产时，按下总启动按钮，整条线将按顺序自动开机；当整条线符合停机条件时，整条线就将自动关机，但是若其中某单元设备不符合停机条件时，则该设备可继续运行，直至符合条件后完全停机。下班关机时，只要按下总停止按钮则整条线将按顺序停机。
当全线或单元设备运行时，若其中某一台设备出现故障停机时，该设备则会显示红灯报警，并且此时该故障设备的前继设备均会立即停机而后继设备会正常运行。从而保护了设备的超载运行，杜绝设备事故的发生。整条线的电控不仅对各单元设备进行控制，而且对砂库的料位器也进行停机、开机联动控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a.白模模具：根据待制作铝合金缸体或缸盖的结构特点及干砂充填角度，选择相匹配的白模模具；
b.白模成型：首先通过发泡机将泡沫塑料颗粒预发泡变大，再静置熟化；然后放入成型机上的步骤a的白模模具中；膨胀融解成型，最终形成铸件模样的白模部件，之后通冷水进行冷却降温；将冷过后的白模部件送入烘干室烘干，烘干后进行白模组装和粘结浇冒口，得到白模；
c.白模涂料：在步骤b组装得到的白模表面浸刷涂料，浸刷后将白模烘干；
d.振动造型：将空砂箱送入振动造型工部，向空砂箱中局部填充型砂；把步骤c烘干后的泡塑模型白模放入砂箱中并使其稳固，然后分层填加型砂；启动振动台振实型砂；
e.浇注：在步骤d振动台振实型砂之后，将融化好的铝合金溶液浇入白模模型中；
f.冷却清理：步骤e浇注完成后，进行冷却；将包含冷却后铸件的砂箱翻箱，翻箱过后将取出的铸件浸入水池中继续进行冷却处理；水冷却后的铸件进行打磨处理，打磨后即得到目标铝合金缸体或缸盖铸件。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺，其特征在于：所述步骤b中泡沫塑料为聚苯乙烯EPS，发泡温度为80-100℃，熟化温度为20-25℃，熟化时间为24h，烘干温度为50-60℃。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺，其特征在于：所述步骤d中振动台振实时间为30-60秒。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺，其特征在于：所述步骤d中振动造型工部由两条造型线和一条回箱线组成，砂箱的循环运行是由砂箱轨道和手动变轨车来完成，每一条生产线由工艺要求的砂箱数量组成，振动造型后的砂箱依次进入两条浇注冷却线，浇注，浇注完成后进行冷却，在这两条浇注线浇注的同时，造型线造好型的砂箱依次进入另外两条浇注冷却线等待浇注，并重复前两条浇注冷却线的动作，以此循环。
5.根据权利要求4所述的一种铝合金缸体或缸盖的消失模铸造工艺，其特征在于：所述步骤f中冷却清理具体步骤为，冷却的铸件随砂箱通过手动变轨车运至回箱线上，砂箱人工推至液压翻箱机上进行翻箱，翻箱后铸件落在落砂格栅上运往铸件清理工部进行下工序作业，此时炽热的干砂经落砂溜斗均匀的流入振动输送筛分机，经过筛分后，砂中的杂质、砂块、大的铁豆飞边流入废料斗，热砂由耐高温的环链提升机提升进入风选、磁选机，进行风选、磁选分离，粉尘从风选机除尘口进入除尘系统；磁性物质被磁选分离落入废料箱；铸件清理采用吊钩连续式清理抛丸机，铸件的精整打磨采用变频式手提砂轮机在铸件上打磨。
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