CN102003299A - 铝合金柴油机机体制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单缸轻型铝合金柴油机机体的制备方法，首先对柴油机机体的铝合金材料进行选择并且制备倾斜式金属型重力浇注模具和砂芯模具，接着精炼除气除渣和变质处理，之后安装浇斗并对模具进行加热，然后安放沙芯并清理模具型腔，之后进行浇注并溃沙切除浇口，最后进行热处理、抛丸处理和机械加工。本发明的方法无污染，铸造现场没有废砂，铁水熔炼和浇注产生的烟雾基本上消除掉；制备出的机体外观光滑，表面粗糙度低，机体内测砂芯与外金属模配合；采用金属型倾斜式浇注，金属型模具铸造状态稳定，工艺参数控制简单，铸造合格率可达95％以上；铸造效率高，生产综合成本低。

Description

铝合金柴油机机体制备方法

技术领域

本发明涉及一种柴油机机体的制备方法，特别是一种单缸轻型铝合金柴油机机体的制备方法。

背景技术

轻型单缸柴油机系指气缸缸径在￠90mm以下的单缸柴油机。目前市场上在使用的单缸轻型柴油机机体所用的材料为HT200灰铸铁，采用砂型加砂芯铸造，其特点是设备投入低，制造简单，工艺比较成熟。但由于砂型铸造厂需较大的生产空间，在生产过程中会产生大量的热气、粉尘等污染物，整个铸造车间满地都是废砂，对生产工人的身体健康将带来很大的威胁。砂型铸造的产品外观粗糙，尺寸精度差，易产生冲砂、落砂、夹砂及组织疏松等铸造缺陷，用HT200灰铸铁生产的机体抗拉强度为200Mpa，伸长率只有1％，成品率不高，一般只有70％左右。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无污染、成品率高的柴油机铝合金机体制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种铝合金柴油机机体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对柴油机机体的铝合金材料进行选择；

步骤2：根据机体的形状和结构特点，制备倾斜式金属型重力浇注模具和砂芯模具；

步骤3：将步骤1中选择的铝合金材料放入溶解炉中，对铝合金液精炼除气除渣；

步骤4：将铝锶合金加入精炼后的铝合金液中，对铝合金液进行变质处理；步骤5：将金属型重力浇注模具固定在倾斜式浇注机上并在模具进料口处安装浇斗；

步骤6：对金属型重力浇注模具进行加热，使其温度符合浇注要求；

步骤7：将砂芯安装到金属型重力浇注模具上，然后在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，铁镶件的内圆留有加工余量，轴承装入机体后，轴承直接与铁镶件接触；

步骤8：用压缩空气对金属型重力浇注模具的型腔进行清理，处理完毕后合模；

步骤9：利用倾斜式浇注机进行浇注，铝合金液在金属型重力浇注模具中凝固冷却后形成柴油机机体；

步骤10：将冷却后的柴油机机体进行溃砂并用切割机切除浇口；

步骤11：将柴油机机体放入热处理炉进行T6热处理；

步骤12：对柴油机机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中；

步骤13：对柴油机机体进行机械加工，最终形成需要的柴油机机体。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)无污染，铸造现场没有废砂，铁水熔炼和浇注产生的烟雾基本上消除掉；2)制备出的机体外观光滑，表面粗糙度低，机体内测砂芯与外金属模配合，位置度可达±0.15mm，机体结构组织致密，经热处理后抗拉强度达230Mpa以上，伸长率达4％以上，产品重量只有灰铸铁重量的1/3；3)采用金属型倾斜式浇注，金属型模具铸造状态稳定，工艺参数控制简单，铸造合格率可达95％以上；4)铸造效率高，生产综合成本低。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的铝合金柴油机机体的制备方法流程图。

图2为本发明的铝合金柴油机机体倾斜式浇注结构示意图。

图3为铁镶件与机体结合的主视图。

图4为铁镶件的剖视图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种铝合金柴油机机体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对柴油机机体的铝合金材料进行选择；选用的材料为AlSi11铝合金；AlSi11铝合金材料的化学成分为，Si：10～11.8％，Fe≤0.2％，Mg：0.35～0.55％，Ti≤0.15％，Sr：0.02～0.04％，Mn≤0.1％，其余为铝。这种牌号的铝合金的特点有，一是流动性好，能解决机体壁厚不均带来的部分薄壁地区成型困难的缺点；二是热处理后机械性能好，通过T6(固溶+时效)处理，AlSi11材料中Si和Mg强化相析出硬化，材料晶格发生畸变，从而得到最佳的机械性能。经过热处理后的机体的抗拉强度达到230Mpa以上，伸长率达4％以上。

步骤2：根据机体的形状和结构特点，制备倾斜式金属型重力浇注模具和砂芯模具；

步骤3：将步骤1中选择的铝合金材料放入溶解炉中，对铝合金液精炼除气除渣；

步骤4：将铝锶合金加入精炼后的铝合金液中，对铝合金液进行变质处理，加入的铝锶合金中金属锶的重量占合金液重量的0.02-0.04％；

步骤5：将金属型重力浇注模具固定在倾斜式浇注机上并在模具进料口处安装浇斗；

步骤6：对金属型重力浇注模具进行加热，使其温度符合浇注要求，模具温度控制在400℃～500℃；

步骤7：结合图3、图4，将砂芯安装到金属型重力浇注模具的制定位置，在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件8，铁镶件8的内圆留有加工余量，轴承装入脱离机体本体7后，轴承直接与铁镶件8接触，保证了轴承工作的可靠性；铁镶件8采取了止转措施，防止机体在工作过程中铁镶件8脱离机体本体7，具体为镶件8与脱离机体本体7接触的外圆设置一条偏心槽，该偏心槽可用车床车出，偏心量为0.5～1mm，铸造成型后，由于偏心槽里铸满了铝，使得铁镶件8在受力状态下不跟随脱离机体本体7发生旋转，防止机体在工作过程中铁镶件8脱离机体本体7；

步骤8：用压缩空气对金属型重力浇注模具的型腔进行清理，处理完毕后合模；

步骤9：利用倾斜式浇注机进行浇注，浇注温度控制在690℃～730℃，铝合金液在金属型重力浇注模具中凝固冷却后形成柴油机机体；

步骤10：将冷却后的柴油机机体进行溃砂并用切割机切除浇口；

步骤11：将柴油机机体放入热处理炉进行T6热处理；进行T6热处理时的固溶温度为535±5℃，保温时间为4～10小时；时效温度为170±10℃，保温时间3～8小时；

步骤12：对柴油机机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中；

步骤13：对柴油机机体进行机械加工，最终形成需要的柴油机机体。

结合图2，在制备铝合金柴油机机体的时候，首先根据机体的形状和结构特点，制备倾斜式金属型重力浇注模具2和砂芯3模具，倾斜式重力铸造比一般立式或卧式重力铸造模具简单，浇注流动平顺，排气良好，温度梯度大，补缩及方向性凝固效果佳。砂芯3要能在金属型中精确定位。在溶解炉4中熔炼配置铝合金液5，铝合金液需精炼除气除渣，精炼完后加入锶含量占合金液重量0.02-0.04％的铝锶合金对铝合金液进行变质处理，浇注温度控制在690℃～730℃。将金属型模具固定在倾斜式浇注机1上，调节好模具的开合模行程，在模具进料口处安装浇斗6，浇斗的容积根据产品的毛坯重量计算得到。模具安装好后开始进行烤模，直到模具温度符合浇注要求。浇注的工艺参数设定后，打开金属型模具2，将砂芯3精确安装到模具型腔的制定位置，在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，铁镶件的内圆留有加工余量，铁镶件的作用是解决铝合金抗磨能力相对较差的缺陷，轴承装入机体后，轴承直接与铁镶件接触，保证了轴承工作的可靠性，铁镶件需采取止转措施，防止机体在工作过程中铁镶件脱离机体本体，造成失效。用压缩空气对型腔进行浇注前的最后清理，处理完毕后合模，将铝合金液5定量浇到浇斗6中，铝合金液的用量为机体的毛坯加上浇口的重量总和。开启倾斜式浇注机倾斜按钮，浇注机开始绕支点旋转90°，铝合金液进入模具2的型腔中，随后开始凝固冷却，待达到冷却时间后，浇注机1复位至原始状态。模具随着机台自动打开，最后顶出机体。

机体从模具取出后尽快转移到指定区域进行溃砂，溃砂要干净彻底。机体冷却后用切割机切除浇口，随后进入热处理炉进行T6热处理。固溶温度535±5℃，保温时间4～10小时，时效温度170±10℃，保温时间3～8小时。热处理过的机体经机械性能检验合格后进入抛丸工序，对机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中。抛丸后的机体进入机加工程序进行机械加工，最终得到成品。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例1：

首先制作AlSi11铝合金材料。将500kg AlSi11铝合金锭投入熔解炉中进行熔化，合金锭中不含有Mg和Sr，合金锭熔化后升温至720℃时，用钟罩压入1kg除气饼进行除气，除气饼应压倒距坩埚底100～200mm处并进行水平移动，直到铝液表面没有气泡冒出为止。在铝合金液表面撒上1kg精炼除渣剂，用钟罩压入铝液中搅拌5分钟，静止5分钟后用扒渣勺扒去浮在铝合金液面上的铝渣。按照AlSi11铝合金材料的化学成分计算出镁锭和铝锶合金棒的加入量，铝锶合金棒中锶的含量可根据供应商提供的质保单和说明书得到，锶含量一般占铝锶合金的10％。铝合金液的温度在700±10℃时，加入镁锭和铝锶合金棒，搅拌5分钟，用直读光谱仪检测材料的化学成分，使之符合标准的要求，然后铝液保持静止15分钟即可生产。

对柴油机机体的进行浇注：将金属型模具固定在倾斜式浇注机1上，调节好模具的开合模行程，在模具进料口处安装浇斗6，浇斗的容积根据产品的毛坯重量计算得到，为4.5kg。模具安装好后开始进行烤模，当模具温度达到150℃时，对模具型腔和浇斗喷刷涂料，型腔涂料型号为395#或386#或800#，涂料厚度为0.3～0.5mm，浇斗涂料厚度为0.8mm，涂料喷好后继续烤模，烤模时间约20分钟，当模具温度达到400℃时停止烤模。烤模期间技术人员设定好浇注的工艺参数，即铝水浇注量4.5kg，浇注温度690℃，冷却时间100S，风冷时间为浇注后自然冷却10S后开始用冷却风管强制冷却90S，打开金属型模具2，将砂芯3精确安装到模具型腔的制定位置，在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，用压缩空气对型腔进行浇注前的最后清理，吹掉型腔内的杂物，处理完毕后合模，将铝合金液5定量浇到浇斗6中，铝合金液的用量为机体的毛坯加上浇口的重量总和。开启倾斜式浇注机倾斜按钮，浇注机开始绕支点旋转90°，铝合金液进入模具2的型腔中，随后开始凝固冷却，待冷却时间达到设定的要求后，浇注机1复位至原始状态。模具随着机台自动打开，最后顶出机体。

对柴油机机体铸造进行后处理：柴油机机体毛坯从模具中取出后，操作工对此毛坯进行自检，确认合格后立即转移到指定的区域进行清砂，转移时间不超过10分钟，因砂芯中含有树脂，溃砂后会产生较浓重的烟雾，该烟雾对人体有害，因此清砂人员要带好口罩，用专用的铁棍捅碎砂芯。然后摇晃毛坯清掉所有砂芯，砂芯要清理干净，砂芯清理干净后把毛坯转移到热处理区域，本产品的热处理采用T6工艺，即固溶处理加人工时效强化，固溶温度535±5℃，保温时间4小时，时效温度170±10℃，保温时间3小时。热处理过的机体经机械性能检验合格后进入抛丸工序，对机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中。

实施例2：

首先制作AlSi11铝合金材料。将500kgAlSi11铝合金锭投入熔解炉中进行熔化，合金锭中不含有Mg和Sr，合金锭熔化后升温至720℃时，用钟罩压入1kg除气饼进行除气，除气饼应压倒距坩埚底100～200mm处并进行水平移动，直到铝液表面没有气泡冒出为止。在铝合金液表面撒上1kg精炼除渣剂，用钟罩压入铝液中搅拌5分钟，静止5分钟后用扒渣勺扒去浮在铝合金液面上的铝渣。按照AlSi11铝合金材料的化学成分计算出镁锭和铝锶合金棒的加入量，铝锶合金棒中锶的含量可根据供应商提供的质保单和说明书得到，锶含量一般占铝锶合金的10％。铝合金液的温度在700±10℃时，加入镁锭和铝锶合金棒，搅拌5分钟，用直读光谱仪检测材料的化学成分，使之符合标准的要求，然后铝液保持静止15分钟就可以生产了。

对柴油机机体的进行浇注：将金属型模具固定在倾斜式浇注机1上，调节好模具的开合模行程，在模具进料口处安装浇斗6，浇斗的容积根据产品的毛坯重量计算得到，为4.5kg。模具安装好后开始进行烤模，当模具温度达到170℃时，对模具型腔和浇斗喷刷涂料，型腔涂料型号为395#或386#或800#，涂料厚度为0.3～0.5mm，浇斗涂料厚度为0.8mm，涂料喷好后继续烤模，烤模时间约20分钟，当模具温度达到400℃时停止烤模。烤模期间技术人员设定好浇注的工艺参数，即铝水浇注量4.5kg，浇注温度710℃，冷却时间100S，风冷时间为浇注后自然冷却10S后开始用冷却风管强制冷却90S，打开金属型模具2，将砂芯3精确安装到模具型腔的制定位置，在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，用压缩空气对型腔进行浇注前的最后清理，吹掉型腔内的杂物，处理完毕后合模，将铝合金液5定量浇到浇斗6中，铝合金液的用量为机体的毛坯加上浇口的重量总和。开启倾斜式浇注机倾斜按钮，浇注机开始绕支点旋转90°，铝合金液进入模具2的型腔中，随后开始凝固冷却，待冷却时间达到设定的要求后，浇注机1复位至原始状态。模具随着机台自动打开，最后顶出机体。

对柴油机机体铸造进行后处理：柴油机机体毛坯从模具中取出后，操作工对此毛坯进行自检，确认合格后立即转移到指定的区域进行清砂，转移时间不超过10分钟，因砂芯中含有树脂，溃砂后会产生较浓重的烟雾，该烟雾对人体有害，因此清砂人员要带好口罩，用专用的铁棍捅碎砂芯。然后摇晃毛坯清掉所有砂芯，砂芯要清理干净，砂芯清理干净后把毛坯转移到热处理区域，本产品的热处理采用T6工艺，即固溶处理加人工时效强化，固溶温度535±5℃，保温时间7小时，时效温度170±10℃，保温时间6小时。热处理过的机体经机械性能检验合格后进入抛丸工序，对机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中。

实施例3：

首先制作AlSi11铝合金材料。将500kgAlSi11铝合金锭投入熔解炉中进行熔化，合金锭中不含有Mg和Sr，合金锭熔化后升温至720℃时，用钟罩压入1kg除气饼进行除气，除气饼应压倒距坩埚底100～200mm处并进行水平移动，直到铝液表面没有气泡冒出为止。在铝合金液表面撒上1kg精炼除渣剂，用钟罩压入铝液中搅拌5分钟，静止5分钟后用扒渣勺扒去浮在铝合金液面上的铝渣。按照AlSi11铝合金材料的化学成分计算出镁锭和铝锶合金棒的加入量，铝锶合金棒中锶的含量可根据供应商提供的质保单和说明书得到，锶含量一般占铝锶合金的10％。铝合金液的温度在700±10℃时，加入镁锭和铝锶合金棒，搅拌5分钟，用直读光谱仪检测材料的化学成分，使之符合标准的要求，然后铝液保持静止15分钟就可以生产了。

对柴油机机体的进行浇注：将金属型模具固定在倾斜式浇注机1上，调节好模具的开合模行程，在模具进料口处安装浇斗6，浇斗的容积根据产品的毛坯重量计算得到，为4.5kg。模具安装好后开始进行烤模，当模具温度达到200℃时，对模具型腔和浇斗喷刷涂料，型腔涂料型号为395#或386#或800#，涂料厚度为0.3～0.5mm，浇斗涂料厚度为0.8mm，涂料喷好后继续烤模，烤模时间约20分钟，当模具温度达到400℃时停止烤模。烤模期间技术人员设定好浇注的工艺参数，即铝水浇注量4.5kg，浇注温度730℃，冷却时间100S，风冷时间为浇注后自然冷却10S后开始用冷却风管强制冷却90S，打开金属型模具2，将砂芯3精确安装到模具型腔的制定位置，在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，用压缩空气对型腔进行浇注前的最后清理，吹掉型腔内的杂物，处理完毕后合模，将铝合金液5定量浇到浇斗6中，铝合金液的用量为机体的毛坯加上浇口的重量总和。开启倾斜式浇注机倾斜按钮，浇注机开始绕支点旋转90°，铝合金液进入模具2的型腔中，随后开始凝固冷却，待冷却时间达到设定的要求后，浇注机1复位至原始状态。模具随着机台自动打开，最后顶出机体。

对柴油机机体铸造进行后处理：柴油机机体毛坯从模具中取出后，操作工对此毛坯进行自检，确认合格后立即转移到指定的区域进行清砂，转移时间不超过10分钟，因砂芯中含有树脂，溃砂后会产生较浓重的烟雾，该烟雾对人体有害，因此清砂人员要带好口罩，用专用的铁棍捅碎砂芯。然后摇晃毛坯清掉所有砂芯，砂芯要清理干净，砂芯清理干净后把毛坯转移到热处理区域，本产品的热处理采用T6工艺，即固溶处理加人工时效强化，固溶温度535±5℃，保温时间10小时，时效温度170±10℃，保温时间8小时。热处理过的机体经机械性能检验合格后进入抛丸工序，对机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中。

Claims (7)

1.一种铝合金柴油机机体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对柴油机机体的铝合金材料进行选择；

步骤2：根据机体的形状和结构特点，制备倾斜式金属型重力浇注模具和砂芯模具；

步骤3：将步骤1中选择的铝合金材料放入溶解炉中，对铝合金液精炼除气除渣；

步骤4：将铝锶合金加入精炼后的铝合金液中，对铝合金液进行变质处理；

步骤5：将金属型重力浇注模具固定在倾斜式浇注机上并在模具进料口处安装浇斗；

步骤6：对金属型重力浇注模具进行加热，使其温度符合浇注要求；

步骤7：将砂芯安装到金属型重力浇注模具上，然后在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，铁镶件的内圆留有加工余量，轴承装入机体后，轴承直接与铁镶件接触；

步骤8：用压缩空气对金属型重力浇注模具的型腔进行清理，处理完毕后合模；

步骤9：利用倾斜式浇注机进行浇注，铝合金液在金属型重力浇注模具中凝固冷却后形成柴油机机体；

步骤10：将冷却后的柴油机机体进行溃砂并用切割机切除浇口；

步骤11：将柴油机机体放入热处理炉进行T6热处理；

步骤12：对柴油机机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中；

步骤13：对柴油机机体进行机械加工，最终形成需要的柴油机机体。

2.根据权利要求1所述的铝合金柴油机机体的制备方法，其特征在于，步骤1选用的柴油机机体材料为AlSi11铝合金。

3.根据权利要求1所述的铝合金柴油机机体的制备方法，其特征在于，步骤4加入的铝锶合金中金属锶的重量占合金液重量0.02-0.04％。

4.根据权利要求1所述的铝合金柴油机机体的制备方法，其特征在于，步骤6中，模具温度控制在400℃～500℃。

5.根据权利要求1所述的铝合金柴油机机体的制备方法，其特征在于，步骤7所述的铁镶件与铝接触的外圆设置一条偏心槽，偏心量为0.5～1mm。

6.根据权利要求1所述的铝合金柴油机机体的制备方法，其特征在于，步骤9进行浇注时的浇注温度为690℃～730℃。

7.根据权利要求1所述的铝合金柴油机机体的制备方法，其特征在于，步骤11进行T6热处理时的固溶温度为535±5℃，保温时间为4～10小时；时效温度为170±10℃，保温时间3～8小时。

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