CN102699280B - 一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型及其制作方法，包括圆形盘体、设置在圆形盘体上的浇注系统、挡环和出气孔，浇注系统包括直浇口、内浇口以及横浇道和冒口，直浇口贯穿在圆形盘体的中部，设置在圆形盘体正面的内浇口通过横浇道与直浇口相通，内浇口与环体槽相通，冒口与内浇口相对设置，冒口通过两个以上的斜浇口与环体槽相通；圆形盘体正面的外周设有高出砂型表面的挡环，在横浇道与冒口之间的环体槽内侧，沿横浇道轴线对称设有四个以上贯穿圆形盘体的出气孔。本发明所制的活塞环质量稳定，成品率高，活塞环铸件轮廓清晰，尺寸精度高，表面质量好，活塞环铸件容易清理，减小加工余量，降低后续加工成本，能提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型及其制作方法，属于机车车辆用活塞环铸造技术领域。
背景技术
活塞环是机车发动机的重要部件，在发动机中起着密封、控制润滑油以及散热和支撑导向的作用，由于活塞环处于高温高压的工作环境，其工况条件极为恶劣，因此要求活塞环具有良好的强度、耐磨性、弹性等综合使用性能。在众多活塞环种类中，单体活塞环因其造型方法简单，市场需求量大，是目前多数活塞环生产厂家的主要产品。但是单体活塞环是采用潮膜砂手工造型方法生产，因此采用潮膜砂砂型制成的单体活塞环有如下缺点：
（1）、活塞环质量不稳定。由于潮模砂是用膨润土做黏结剂，再加水及其他添加剂混匀而成，用潮模砂制得的砂型不用烘干而直接浇注，铸型强度不容易掌握，另外由于潮模砂砂型湿度大，在浇注过程中型砂发气量不容易控制，因此活塞环铸件中经常存在夹砂、砂眼和气孔等铸造缺陷，活塞环质量不稳定，造成活塞环铸件一次成品率较低，同时机加工成品率较低，重复性生产浪费严重。
（2）、生产效率低。由于潮膜的造型方式为工人手工造型，不仅工人劳动强度大，生产环境较差，而且后续清理工作量也较大，直接增加工艺复杂性，降低了生产效率。
为此，提出采用射芯造型工艺代替原有潮膜砂手工造型工艺来生产单体活塞环，但由于覆膜砂和潮膜砂对铁水的冷却作用不同，活塞环铸件组织会存在较大差异，覆膜砂生产的铸件性能不易到活塞环相关技术指标要求，因此设计开发出一种适用于生产单体活塞环的覆膜砂砂型及其制作方法，以满足其对铁水的冷却效果，是促进该工艺应用于单体活塞环生产的关键所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种制得的活塞环质量稳定，能提高生产效率的一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型及其制作方法。
本发明为达到目的的技术方案是：一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型，其特征在于：包括圆形盘体、设置在圆形盘体上的浇注系统、挡环和出气孔，所述的浇注系统包括直浇口、内浇口以及横浇道和冒口，直浇口贯穿在圆形盘体的中部，设置在圆形盘体正面的内浇口通过横浇道与直浇口相通，内浇口与环体槽相通，冒口与内浇口相对设置，冒口通过两个以上的斜浇口与环体槽相通；所述圆形盘体正面的外周设有高出砂型表面的挡环，在横浇道与冒口之间的环体槽内侧，沿横浇道轴线对称设有四个以上贯穿圆形盘体的出气孔。
本发明单体活塞环铸造用覆膜砂砂型的制作方法，其特征在于：
⑴、制作覆膜砂：其组份按质量百分比，将1.0%～3.0%酚醛树脂、10%～15%乌洛托品水溶液、5%～7%硬脂酸钙、0.1%～0.5%添加剂以及余量的原砂，进行均匀混碾混砂，制得覆膜砂；
⑵、制作单体活塞环覆膜砂砂型：用射芯机将覆膜砂射入加热的单体活塞环芯盒模具内，单体活塞环芯盒模具的温度控制在240～260℃，射砂压力控制在0.45～1MPa、射砂时间控制在3～6s，经硬化60～110s后制得单体活塞环的覆膜砂砂型。
本发明采用上述技术方案后具有以下优点：
（1）、活塞环质量稳定，铸件内部质量好，成品率高。本发明采用特定比例的原砂、酚醛树脂、乌洛托品水溶液以及硬脂酸钙和添加剂经均匀混碾混砂后配制得到的覆膜砂，同时经特定的射芯造型工艺既可以保证覆膜砂砂型的强度，以降低浇注时型砂的发气量，故减少活塞环铸件气孔形成的倾向，所制得的活塞环缺陷得到明显改善，活塞环内部质量稳定，成品率高，同时也改善了车间作业环境，降低了工人劳动强度等。
（2）、本发明的覆膜砂砂型呈圆盘形体，圆形盘体上的浇注系统包括直浇口、内浇口以及横浇道和冒口，冒口与内浇口相对设置，而冒口通过两个以上的斜浇口与环体槽相通，既能保证铁水在环体槽内快速充型，并通过冒口来收集冷铁水，由于是通过至少两个以上斜浇口将铁水注入冒口处，能确保最后凝固的铁水达到好的补缩效果，有效防止活塞环铸件缩孔和缩松的产生，环体内部组织更加均匀。本发明在在横浇道与冒口之间的环体槽内侧，沿横浇道轴线对称设有四个以上贯穿圆形盘体的出气孔，不仅可通过出气孔充分来降低砂型本身重量，从而降低砂型成本，而且还可以防止翘曲变形，增加砂型本身强度，砂型结构坚固、饱满，其接触面平整，达到长时间放置后无明显翘曲变形的效果。本发明的覆膜砂砂型为圆盘形体，加之各出气孔设在环体槽的内侧，由于可通过出气孔能充分出气，故环体在径向方向上冷却更加均匀，降低气孔的形成几率，生产的活塞环各项技术性能指标均达到相关技术要求，活塞环铸件轮廓清晰，尺寸精度高，表面质量好，且活塞环铸件容易清理，加工余量减小，也降低了后续加工成本，所制得的活塞环质量稳定，铸件内部质量好，成品率高。
（3）、本发明覆膜砂砂型正面的外周设有高出砂型表面的挡环，既可以使砂型在叠箱造型时能保证在同一轴线上，又可以防止浇注时铁水的外漏。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明单体活塞环铸造用覆膜砂砂型的结构示意图。
图2是图1的后视结构示意图。
图3是图2的A-A剖视结构示意图。
图4是图2的B-B剖视结构示意图。
其中：1—圆形盘体，2—挡环，3—环体槽，4—内浇口，5—横浇道，5-1—凹坑，6—直浇口，7—出气孔，8—斜浇口，9—冒口，10—凸耳，11-沉台。
具体实施方式
见图1～4所示，本发明的一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型，包括圆形盘体1、设置在圆形盘体1上的浇注系统、挡环和出气孔，本发明的浇注系统包括直浇口6、内浇口4以及横浇道5和冒口9，直浇口6贯穿在圆形盘体1的中部，设置在圆形盘体1正面的内浇口4通过横浇道5与直浇口6相通，内浇口4与环体槽3相通，冒口9与内浇口4相对设置，冒口9通过两个以上的斜浇口8与环体槽3相通，使铁水流入环体槽3内并最后流入冒口9处，可通过冒口9起到收集冷铁水的作用，尤其通过多个斜浇口8将铁水注入冒口9内，使环体内部组织更加均匀。见图1、4所示，本发明的圆形盘体1其横浇道5上设有凹坑5-1，在浇注时通过凹坑5-1起到挡渣作用，能可进一步减少夹渣，提高活塞环铸件质量。见图1～4所示，本发明圆形盘体1正面的外周设有高出砂型表面的挡环2，挡环2既可以使砂型在叠箱造型时在同一轴线上，又可以防止浇注时铁水的外漏。见图1～4所示，本发明在横浇道5与冒口9之间的环体槽3内侧，沿横浇道5轴线对称设有四个以上贯穿圆形盘体1的出气孔7，即在在横浇道5与冒口9的一侧设有两个以上的出气孔7，各出气孔7均匀布设在环体槽3内侧，可如图1、2所示，可采用十个出气孔7，该出气孔7为弧形长槽孔，通过各出气孔7可以充分出气，在环体槽3在径向方向上冷却更加均匀，故而降低活塞环铸件气孔的形成几率，同时也可以增加砂型本身强度，防止其翘曲变形。
见图1～4所示，本发明圆形盘体1的外周设有两个以上的凸耳10，且凸耳10的正面向外向下倾斜，凸耳10可对称分布，该凸耳10便于工人造型操作，使呈倒三角形有利于射芯时砂子的充型。
见图1～4所示，本发明圆形盘体1的反面设有沉台11，且沉台11的外壁超过出气孔7，通过沉台11的设置，可使环体槽3的外侧砂量厚度与内侧砂量厚度相当，不仅有利于整个砂型在射芯时砂子的充型，而且使得砂型本身进一步具有更好的强度。
本发明的单体活塞环铸造用覆膜砂砂型的制作方法，⑴、制作覆膜砂：其组份按质量百分比，将1.0%～3.0%酚醛树脂、10%～15%乌洛托品水溶液、5%～7%硬脂酸钙、0.1%～0.5%添加剂以及余量的原砂，进行均匀混碾混砂，制得覆膜砂，本发明的添加剂可采用刚玉、铝矾土、莫来石或铬铁矿砂其中之一，本发明的原砂为一般的石英砂，本发明的覆膜砂具体配比见表1所示，按质量百分比，
表1
⑵、制作单体活塞环的覆膜砂砂型：用射芯机将上述制得的覆膜砂射入加热的单体活塞环芯盒模具内，单体活塞环芯盒的温度控制在240～260℃，射砂压力控制在0.45MPa～1MPa、射砂时间控制在3～6s，经硬化时间在60～110s后制得单体活塞环的覆膜砂砂型，本发明覆膜砂砂型制作中的具体工艺参数见表2所示，
表2
| 工艺参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| 芯盒温度（℃） | 240 | 255 | 245 | 250 | 255 | 260 |
| 射砂压力（MPa） | 0.46 | 0.50 | 0.75 | 0.7 | 0.8 | 1 |
| 射砂时间（t） | 5 | 3 | 3 | 5 | 4 | 3 |
| 硬化时间（s） | 110 | 70 | 90 | 60 | 100 | 80 |
本发明采用特定比例的覆膜砂，同时经特定的制芯工艺制得的覆膜砂砂型，结构坚固，砂型饱满，接触面平整，长时间放置后无明显翘曲变形。
本发明的单体活塞环覆膜砂砂型可采用叠箱造型，数量可控制在13～18层之间，叠箱造型时，将单体活塞环覆膜砂砂型反置，并将最下层的环覆膜砂砂型的直浇口6堵死，作为地板，以防底部漏箱，造型结束后，对环覆膜砂砂型进行夹固，以防止浇注过程中铁水抬箱产生漏箱现象，最后粘好浇口，以供浇注使用。将本发明的单体活塞环铸造用覆膜砂砂型的制作方法应用于240气环的实际生产，并与潮膜砂手工造型生产的240气环进行比较，采用同炉同包铁水连续浇注两种不同工艺的砂型，开箱后对环体进行清理、抛丸、机加工，加工后对其进行金相检验、硬度测量、弹性模量与抗弯强度比值测算对比实验，具体数据见表3所示，
表3
可以看出，采用本发明的单体活塞环铸造用覆膜砂砂型的制作方法制得的240气环完全符合各项技术指标要求，覆膜砂生产的活塞环与潮膜砂生产的活塞环在硬度上相当，而在金相组织和抗弯强度等方面，覆膜砂生产的活塞环表现出了比潮膜砂生产的活塞环更佳的综合性能。
Claims (7)
1.一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型，其特征在于：包括圆形盘体（1）、设置在圆形盘体（1）上的浇注系统、挡环（2）和出气孔（7），所述的浇注系统包括直浇口（6）、内浇口（4）以及横浇道（5）和冒口（9），直浇口（6）贯穿在圆形盘体（1）的中部，设置在圆形盘体（1）正面的内浇口（4）通过横浇道（5）与直浇口（6）相通，内浇口（4）与环体槽（3）相通，冒口（9）与内浇口（4）相对设置，冒口（9）通过两个以上的斜浇口（8）与环体槽（3）相通；所述圆形盘体（1）正面的外周设有高出砂型表面的挡环（2），在横浇道（5）与冒口（9）之间的环体槽（3）内侧，沿横浇道（5）轴线对称设有四个以上贯穿圆形盘体（1）的出气孔（7）。
2.根据权利要求1所述的一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型，其特征在于：所述圆形盘体（1）的外周设有两个以上的凸耳（10），且凸耳（10）的正面向外向下倾斜。
3.根据权利要求1所述的单体活塞环铸造用覆膜砂砂型，其特征在于：所述的横浇道（5）上设有凹坑（5-1）。
4.根据权利要求1所述的一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型，其特征在于：所述的出气孔（7）为弧形长槽孔。
5.根据权利要求1所述的一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型，其特征在于：所述圆形盘体（1）的反面设有沉台（11），且沉台（11）的外壁超过出气孔（7）。
6.根据权利要求1所述的一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型的制作方法，其特征在于：
⑴、制作覆膜砂：其组份按质量百分比，将1.0%～3.0%酚醛树脂、10%～15%乌洛托品水溶液、5%～7%硬脂酸钙、0.1%～0.5%添加剂以及余量的原砂，进行均匀混碾混砂，制得覆膜砂；
⑵、制作单体活塞环覆膜砂砂型：用射芯机将覆膜砂射入加热的单体活塞环芯盒模具内，单体活塞环芯盒模具的温度控制在240～260℃，射砂压力控制在0.45～1MPa、射砂时间控制在3～6s，经硬化60～110s后制得单体活塞环的覆膜砂砂型。
7.根据权利要求6所述的一种单体活塞环铸造用覆膜砂砂型的制作方法，其特征在于：所述的添加剂为刚玉、铝矾土、莫来石或铬铁矿砂其中之一。
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