CN105195673A - 一种双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法，包含如下步骤：(1)依据普通连杆压型模具制备新型连杆压型模具，进而注射蜡后得到连杆蜡模；将两个所述连杆蜡模对称焊接于浇注系统蜡模两侧形成蜡模组；(2)将蜡模组经清洗、制壳、脱蜡、干燥、切割得到型壳；(3)将主体材料放入中频感应炉中熔化、除渣精炼；(4)采用线切割加工出与型壳匹配的裂解材料；型壳经焙烧后立即取出并插入裂解材料，用耐火泥或者加固层涂料堵死型壳的两端，再埋砂、浇铸主体材料；依次经保温、空冷、去壳、切除浇口、热处理、抛丸整形、裂解即可得到双金属复合裂解连杆成品。本发明能够兼具两种金属材料的优势，同时满足连杆主体部分和连杆大头部分的要求。
Description
技术领域
本发明属于发动机零部件制造领域，具体涉及一种双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法。
背景技术
连杆裂解加工技术已逐渐成为生产发动机连杆的主流技术。该技术首先根据材料具有的断裂特征，在连杆毛坯的大头孔两侧加工出裂解槽，并且形成初始的断裂源，随后施加裂解载荷而使得裂痕沿预设的裂解槽定向进行扩展，最终达到脆性断裂。然后利用获得相互啮合的犬牙交错的裂解面实现两者的精确合装。
由于裂解连杆的材料性能要求非常严格，一方面要保证零件的强韧综合性能，另一方面要限制连杆的韧性指标，断口需具有断裂特性，断裂面啮合紧凑且无明显塑性变形。上述要求局限了裂解技术的应用与推广，中碳钢，普通铝合金、钛合金等材料均不适用于裂解连杆的制造。裂解过程中，常常出现裂不开、单边撕裂、大头孔塑性变形、裂纹偏移、裂纹分叉等问题，这些将影响连杆的后续装配甚至于使连杆直接报废。
曹正发表的“粉末烧结锻造发动机连杆”提出一种将粉坯制成连杆形状,然后再进行精锻从而生产出发动机连杆的方法。用此方法制造连杆与锻钢相比能够降低生产成本。但存在如下缺点：1)需要预先在金属粉末中添加可弥散强化基体的合金元素,来保证强韧性和淬透性，还必须采取一定措施防止粉坯加热时的氧化问题，制造过程繁琐；2)金属粉末的类别较少，并且质量不稳定；3)烧结炉中的保护气体还需要通过研究来改进。
专利201210111190.5提出先在连杆型腔大头部放置可以抽出的隔离板，先在连杆体与连杆盖上浇铸连杆主体用材，隔离板抽离后，向形成的空腔浇注裂解材料，冷却后进行连杆裂解。这种制造连杆的方法存在缺点：隔离板拔出时易带出金属液体，甚至时间没控制好会使凝固的部分粘在隔离板上出现拔不出，或者拔出时两端液体已经凝固等现象，且由于有浇注间隔，控制不好时铸件的热量会散失，气体和杂质会进入，从而使铸件产生缩松缩孔缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法，以获得适用于中碳钢、普通铝合金、40Cr、钛合金等韧性材料的双金属复合裂解连杆。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法，包含如下步骤：
S1：在普通连杆压型模具连杆大头的中心线两端加工出两个长方体预设空腔构成新型的连杆压型模具，所述预设空腔与连杆大头的厚度相同；对新型压型模具注射蜡得到连杆蜡模；将两个所述连杆蜡模对称焊接于浇注系统蜡模两侧形成蜡模组；
S2：将步骤S1中所述蜡模组经清洗、制壳、脱蜡、干燥、切割预设空腔处的壳从而得到型壳；
S3：设定中频感应炉温度为1580～1620℃，将主体材料放入中频感应炉中熔化、除渣精炼，过程中不断取样并通过光谱分析仪光谱分析，直至主体材料中的各元素满足下列要求C：0.37～0.44％；Si：0.17～0.37％；Mn：0.5～0.8％；Cr：0.8～1.10％；Cu：0～0.03％；Ni：0～0.3％；P：0～0.035％；
S4：采用线切割加工出与型壳匹配的裂解材料；将步骤S2中所述型壳放入焙烧炉中焙烧，随后立即取出并将裂解材料插入型壳中，用耐火泥或者加固层涂料堵死型壳的两端后在埋砂、浇铸主体材料；浇注完成后将型壳放在沙盘上，在型壳的浇口杯上放入木屑并罩上金属桶保温；随后取下金属桶、空冷后即可得双金属复合裂解连杆铸坯；
S5：使用震动去壳机将步骤S4中所述双金属复合裂解连杆铸坯外面的壳去掉，使用砂轮切割机切除浇口，经过热处理、抛丸整形、裂解后即可得到双金属复合裂解连杆成品。
进一步的，步骤S1中所述预设空腔的长度为10～40mm。
进一步的，步骤S2中所述切割预设空腔处的壳的长度为8～38mm。
进一步的，步骤S3中所述主体材料为中低碳钢、铝合金或钛合金中的任意一种。
进一步的，步骤S4中所述裂解材料的上下表面呈平面状或波浪状，厚度为0.05～5mm；所述裂解材料的材料为高碳钢，白口铸铁或灰铸铁中的任意一种。
进一步的，步骤S4中所述焙烧的温度为1100～1200℃，焙烧的时间为30～50min；所述金属桶保温的时间为10～30min。
本发明所述的有益效果：
本发明所述的双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法，能够结合两种金属材料的优势，既保证了连杆主体部分性能，又满足连杆大头部分裂解的要求，解决了传统连杆裂解过程中存在掉渣、裂不开、撕裂、变形等问题；将裂解材料插入刚焙烧过的型壳，利用型壳的余热预热裂解材料，使得两种金属结合得更紧密；插入的裂解材料相当于熔模铸造中的内冷铁，由于是型壳焙烧后插入，故能够避免裂解材料随壳体在高温中被氧化，省去了一般熔模铸造中内冷铁外表面需要镀其他金属来防止氧化的工序；空冷方法使得铸件缓慢冷却，双金属复合效果好；熔模铸造是精密铸造，因而采用本发明所制成的双金属复合裂解连杆精度高。
附图说明
图1为本发明所述连杆蜡模和浇注系统蜡模组成的蜡模组的立体图。
图2为图1的侧视图。
图3为图1的主视图。
图4为裂解材料的结构示意图。
图5为本发明所述双金属复合裂解连杆的结构示意图。
附图标记说明如下：
1-连杆蜡模，2-浇注系统蜡模，3-裂解材料，4-连杆体，5-裂解槽，6-裂解界面，7-连接螺栓，8-连杆盖，9-裂解层。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法，包含如下步骤：
S1：对普通连杆压型模具连杆大头的中心线两端进行线切割加工使得该部位形成长方体预设空腔，从而构成新型的连杆压型模具，所述预设空腔与连杆大头的厚度相同，预设空腔的长度为10～40mm；随后将新型压型模具注射蜡得到连杆蜡模1，该过程具体为：将新型压型模具放在模头射蜡机上，使用下压板固定位置，调整射嘴至模具注蜡口相对位置，在新型压型模具上喷脱模剂，喷好后使用气枪吹去多余脱模剂，使用的蜡为HK3018模型蜡，设定冷却缸温度为50～60℃，蜡缸温度为50～60℃，射蜡压力为25～35kg/cm3，射蜡时间为24～28s，启动按钮后，射嘴顶住新型压型模具注蜡口，蜡液便射入新型压型模具内；取出后剪去射蜡通道，除去多余飞边，放置于水中冷却，即可得到连杆蜡模1。
S2：取两个步骤S1中所述连杆蜡模1对称焊接于浇注系统蜡模2两侧形成蜡模组，将所述蜡模组先用气枪吹去蜡模组上面的灰尘，然后将蜡模组放入熔模清洗剂中清洗，再用清水清洗。随后将蜡模组制壳，即将其缓缓浸入浆料中，取出后滴除多余的浆料，用气枪吹匀浆料，目测检查涂匀后，使用淋砂机进行淋砂，重复操作四次，最后一次不用淋砂，只涂浆料，后经干燥后蜡模组外表面形成型壳；其中，第一次操作时，所使用的浆料是硅溶胶加硅溶粉，砂子为锆英砂，第二到最后一次操作的浆料为硅溶胶加莫来粉，砂子为莫来砂。由于型壳内表面还附着蜡模组，将其放入蒸汽脱蜡釜中，设定蒸汽压力为0.6～0.9Mpa，蒸汽温度为168～172℃，脱蜡时间为8～15min，将型壳内的蜡脱去。使用切割机切割预设空腔处形成的壳的的长度为8～38mm。
S3：设定中频感应炉温度为1580～1620℃，选择具有良好淬透性、中等强度和韧性的40Cr低碳钢作为主体材料，随后将主体材料放入中频感应炉中熔化、除渣精炼，过程中不断取样并通过光谱分析仪光谱分析，直至主体材料中的各元素满足下列要求C：0.37～0.44％；Si：0.17～0.37％；Mn：0.5～0.8％；Cr：0.8～1.10％；Cu：0～0.03％；Ni：0～0.3％；P：0～0.035％；
S4：选择高碳钢，白口铸铁或灰铸铁作为裂解材料3的材质，其内部不含石墨，几乎全部的碳都与铁形成渗碳体且具有很大的硬度和脆性，既能够发挥主体材料强度高韧性好的优点，又能够使得具有脆性特征的裂解材料3在裂解层9完成裂解。
采用线切割加工出与型壳匹配的裂解材料3，上下表面呈平面状或波浪状，厚度为0.05～5mm；将步骤S2中所述型壳放入焙烧炉中焙烧，焙烧的温度为1100～1200℃，焙烧的时间为30～50min；随后立即取出并将裂解材料3插入型壳中，用耐火泥或者加固层涂料堵死型壳的两端后在埋砂、浇铸主体材料；浇注完成后将型壳放在沙盘上，在型壳的浇口杯上放入木屑并罩上金属桶保温，随后取下金属桶、空冷后即可得双金属复合裂解连杆铸坯，其中保温时间为10～30min，冷却方式为空冷，冷却时间为30～50min。
S5：冷却完毕后使用震动去壳机将步骤S4中所述双金属复合裂解连杆铸坯的壳体除去，接着使用砂轮切割机将浇口切去，使得浇冒口残余高度为0，即磨平。然后使用气动工具修毛刺和翻边，使得铸件无毛刺和翻边表面均匀一致，功能面无缺陷和无明显痕迹；随后将处理后的所述双金属复合裂解连杆铸坯放入井式炉中进行调质处理，淬火温度为900～950℃，淬火时间为0.5h；回火温度为570～600℃，回火时间为1.5h；
表面光洁度对于铸件来说至关重要，对于铸件来说要使用履带式抛丸机进行抛丸处理，因而设定钢丸粒度0.3mm，抛丸时间为3000～3500s，目的是去除铸件表面氧化皮等杂质提高外观质量，并且提高其疲劳断裂抗力，防止疲劳失效，塑性变形与脆断，提高疲劳寿命。使用整形模具对铸件进行整形，并对铸件的外观进行检查，对不符合铸件尺寸要求的部分使用机加工进行修改后得到合格的连杆铸件。
在连杆铸件的裂解层9中间平面部分开设裂解槽5，形状为V型或U型。使用裂解设备将连杆体4和连杆盖8在裂解层9位置进行裂解操作；裂解界面6上形成犬牙交错的结构，随后将裂解完形成的相互啮合的两部分进行定位以及合装，其过程使用连接螺栓7将连杆体4和连杆盖8连接为一体，精加工后得到双金属复合裂解连杆成品。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种双金属复合裂解连杆的熔模铸造方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1：在普通连杆压型模具连杆大头的中心线两端加工出两个长方体预设空腔构成新型的连杆压型模具，所述预设空腔与连杆大头的厚度相同；对新型压型模具注射蜡得到连杆蜡模(1)；将两个所述连杆蜡模(1)对称焊接于浇注系统蜡模(2)两侧形成蜡模组；
S2：将步骤S1中所述蜡模组经清洗、制壳、脱蜡、干燥、切割预设空腔处的壳从而得到型壳；
S3：设定中频感应炉温度为1580～1620℃，将主体材料放入中频感应炉中熔化、除渣精炼，过程中不断取样并通过光谱分析仪光谱分析，直至主体材料中的各元素满足下列要求C：0.37～0.44％；Si：0.17～0.37％；Mn：0.5～0.8％；Cr：0.8～1.10％；Cu：0～0.03％；Ni：0～0.3％；P：0～0.035％；
S4：采用线切割加工出与型壳匹配的裂解材料(3)；将步骤S2中所述型壳放入焙烧炉中焙烧，随后立即取出并将裂解材料(3)插入型壳中，用耐火泥或者加固层涂料堵死型壳的两端后在埋砂、浇铸主体材料；浇注完成后将型壳放在沙盘上，在型壳的浇口杯上放入木屑并罩上金属桶保温；随后取下金属桶、空冷后即可得双金属复合裂解连杆铸坯；
S5：使用震动去壳机将步骤S4中所述双金属复合裂解连杆铸坯外面的壳去掉，使用砂轮切割机切除浇口，经过热处理、抛丸整形、裂解后即可得到双金属复合裂解连杆成品。
2.根据权利要求1所述的一种双金属复合裂解连杆的熔模制造方法，其特征在于，步骤S1中所述预设空腔的长度为10～40mm。
3.根据权利要求2所述的一种双金属复合裂解连杆的熔模制造方法，其特征在于，步骤S2中所述切割预设空腔处的壳的长度为8～38mm。
4.根据权利要求1所述的一种双金属复合裂解连杆的熔模制造方法，其特征在于，步骤S3中所述主体材料为中低碳钢、铝合金或钛合金中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种双金属复合裂解连杆的熔模制造方法，其特征在于，步骤S4中所述裂解材料(3)的上下表面呈平面状或波浪状，厚度为0.05～5mm；所述裂解材料(3)的材料为高碳钢，白口铸铁或灰铸铁中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种双金属复合裂解连杆的熔模制造方法，其特征在于，步骤S4中所述焙烧的温度为1100～1200℃，焙烧的时间为30～50min；所述金属桶保温的时间为10～30min。
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