CN102921897B - 一种用于汽车发动机铸件组合型芯的浇注生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于汽车发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的箱式干砂填实浇注生产工艺，即在带有抽真空结构的砂箱内，利用干砂及辅助填料将组合型芯填实，为外皮型芯提供支撑，并预留有抽真空进一步提高对外皮型芯支撑强度的措施，确保组合型芯在满足铸件浇注及凝固过程中所需的工艺强度要求的条件下浇注，并实现铸件箱内冷却。本发明是一种能够实现既方便解决工艺技术问题，且能够实现适于批量生产的自动化流水线生产，同时又充分利用组合型芯工艺特点的新工艺；产品适应性强，能有效降低设备投资成本，有效节约生产运营成本，环保、经济、操作环境好，是一种生产高质量、高精度铸件的经济实用的工艺手段。

Description

一种用于汽车发动机铸件组合型芯的浇注生产工艺

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，具体讲是一种用于汽车发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺。

背景技术

汽车发动机铸件由于其结构复杂、尺寸精度要求严格、表面质量及铸件强度等要求高，是铸造难度最高的铸件种类之一，因此，多年来得到行业工作者的广泛研究与开发，并取得了十分丰富的成果，发动机铸件的铸造工艺水平得到了长足的发展。但随着发动机本身的发展与进步，又不断为铸造业提出新的条件与更高的要求。

汽车发动机铸件组合型芯是在传统工艺已不再能够很好地适应新的条件与更高要求的情况下，行业工作者研究与开发的。在汽车发动机铸铁铸件的传统生产工艺中，应用最为广泛的是潮模砂工艺，即在准备用于浇注的砂箱内，铸件的内腔及部分外皮形状使用砂芯构成，其余绝大部分的外皮形状由潮模砂砂型构成，而浇注系统(包括冒口、排气、过滤等)则由砂型构成为主，砂芯构成为辅。而汽车发动机铸件组合型芯则全部由砂芯构成，也就是说，其中的部分用于形成外皮形状的砂芯实际上起到了原来砂型应该起的作用，因此将此类砂芯也叫作外皮型芯，或型芯；而浇注系统(包括冒口、排气、过滤等)的设计要取决于浇注工艺的选定。关于汽车发动机铸件采用组合型芯工艺的意义及其组合制备方法可参见专利文献200720187589.6(专利申请号)。

汽车发动机铸件采用组合型芯工艺后，由于砂芯的制造成本居高，生产过程中不可将替代砂型的外皮型芯做得特别厚大，无法像被替代的潮模砂砂型一样满足铸件浇注及凝固过程中所需的工艺强度要求，因此通常都无法直接用于浇注。现有的用于汽车发动机铸件组合型芯的浇注生产工艺手段有以下几种：1.像通常的砂芯芯组一样，将组合型芯下入潮模砂砂型内，合箱，浇注；2.像通常的砂芯芯组一样，将组合型芯下入冷硬树脂砂砂型内，合箱，浇注；3.如文献99114622.0(专利申请号)公布的汽车发动机曲轴箱体的铸造工艺：组合型芯用金属卡箍四周卡紧，在铸型四周围砂扎紧，“摆地摊”式排列，浇注；4.如文献201020199311.2(专利申请号)公布的汽车发动机中缸体铸件的组芯浇注装置：将组合型芯的底面部分下入专用的浇注卡具内，然后再用金属卡箍将组合型芯四周卡紧，进行浇注。

所述的浇注工艺手段1具有很多优点，如工艺设计经过了很多年的积累，成熟可靠；可选择使用自动生产线，适合大批量生产；产品种类适应性强，铸件材料种类适应性强；可实现铸件箱内冷却，取代去应力时效工序等，但设备投资及生产运营成本均很高。浇注工艺手段2与浇注工艺手段1相比较，设备投资成本大大降低，但生产运营成本却大大提高，因此通常只用于批量较小的产品，无法用于大批量生产。浇注工艺手段3、4相类似，均使用金属卡箍将组合型芯夹紧，以替代浇注工艺手段1、2重复造型(即在组合型芯已形成铸件外形的情况下，再次造型，然后将组合型芯下入再次造型所造的砂型内)，节约了设备投资及生产运营成本，但这类浇注工艺手段除了均需要刻意加大加厚外皮型芯人为增加组合型芯的制造成本、铸件材料种类适应性差、工艺实施性差、浇注时铁水外溢或外溅无法靠自身保证操作者的安全、产品适应性不强、不易实现标准化的自动流水线生产、无法实现铸件箱内冷却等局限外，还均存在各自不同的不足：浇注工艺手段3属于简单粗放型，生产的铸件质量与精度不高，操作环境恶劣，人为因素占比较重；浇注工艺手段4与浇注工艺手段3相比有较大改观，但局限于同时生产2件产品，而且对于尺寸差异较大的不同种类的产品，必须使用不同的底板，产品适应性差，也不适宜用于多品种生产。

由背景技术所述可以看出，用于汽车发动机铸铁铸件组合型芯现有的浇注生产技术均存在各自的不足或局限性，还没有一种工艺技术能够实现既方便解决工艺技术问题，且能够实现适于批量生产的自动化流水线生产，同时又充分利用组合型芯的工艺特点，降低设备投资成本、有效节约生产运营成本，避免不必要的重复操作与浪费。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的不足或局限，考虑了以下几方面的工艺需求或工艺目标：

1.降低设备投资成本和生产运营成本。

由于组合型芯已构成铸造发动机铸件所需要的完整的外形与内腔，因此已具备基本条件避免由于重复造型所带来的设备投资成本和生产运营成本高，以及不必要的浪费。

2.实现快速高效且能够保证产品一致性的标准化的自动流水线生产。

汽车发动机铸铁铸件大多为大批量需求，且对工艺重复性和产品的一致性要求都很严格，因此需在降低成本的同时实现快速高效且能够保证良好的工艺重复性和产品一致性的标准化的自动流水线生产。

3.产品适应性强，铸件材料种类适应性强。

由于汽车发动机的排量及排放标准的要求不同，就是同样一个汽车发动机厂家，其发动机种类也会有很多，发动机铸铁铸件也就同样会有很多种，同样，它们的铸铁材质也会有许多不同的选择，因此，作为一种用于汽车发动机铸铁铸件生产的工艺，其产品适应性及铸件铸铁材料种类的适应性一定要强。

4.工艺实施性好。

由于发动机铸铁铸件铸造难度高，通常都需要长时间的工艺开发与调试，会采取各式各样的工艺措施解决在开发过程中遇到的各种问题。作为一种用于发动机铸铁铸件生产的工艺需要能够提供条件，有效实施有关的工艺措施，解决有关问题，确保能够稳定生产高质量的铸件。

5.能够实现铸铁铸件箱内冷却，替代去应力时效工序，节约制造成本。

本发明针对现有技术中存在的种种问题，充分考虑各种不同的工艺需求，力争实现所需的工艺目标，提供一种新的用于汽车发动机铸铁铸件组合型芯的浇注生产工艺。

为了便于准确说明该工艺，首先对其涉及的有关名词解释或说明如下：

汽车发动机铸铁铸件：是指用铸铁材质生产的汽车发动机的缸体、缸盖及曲轴箱框架。

组合型芯：是指全部由冷芯盒砂芯组成的用于汽车发动机铸铁铸件的组合型芯，或者是以冷芯盒砂芯为主，只有少量个别砂芯为热芯盒或其它工艺砂芯组成的用于汽车发动机铸铁铸件的组合型芯.

干砂：就是通常铸造厂在造型和制芯时使用的原砂，不添加任何粘结剂或辅助物料。

辅助填料：是一些密度远大于干砂密度的颗粒状材料，比如钢丸或铁豆等。

本发明的生产工艺步骤为：

步骤1.在带有抽真空结构的砂箱底部填入一定量的干砂作为底砂，称为一次填料；

步骤2.将预先制备好的组合型芯(含浇注系统)相对居中放置于砂箱内的底砂上，并使用专用夹具调整并固定其在砂箱内的位置；

步骤3.在组合型芯周围进行二次填料，二次填料除干砂外是否使用辅助填料，要根据产品工艺需求而定；

步骤4.紧实填料；

步骤5.取走定位夹具并补砂；

在步骤5后，分A、B两种类型各自进行以下步骤；

A类型.对于不需要或不适合采用抽真空浇注的产品：

步骤6.浇注铁水；

步骤7.箱内冷却。

B类型.对于需要采用抽真空浇注的产品：

步骤6.覆膜：即在干砂上表面及砂箱箱口铺设塑料薄膜；

步骤7.抽真空，使填料的强度提高，准备浇注；

步骤8.浇注铁水；

步骤9.继续保持抽真空若干一段时间后，停止抽真空；

步骤10.箱内冷却。

注：箱内冷却后，可以进入下一工序。

本发明提供的是一种用于发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺，其特征在于：在带有抽真空结构的能实现标准化的砂箱内，在不再需要造型的前提下，利用填料将预先制备好的含浇注系统的冷芯盒组合型芯进行填埋紧实，为冷芯盒组合型芯的外皮型芯提供能满足其在铸件浇注及凝固过程所需的工艺强度要求的支撑，并预留有能进一步提高填料强度的抽真空措施，所述冷芯盒组合型芯将在充分保障其在铸件浇注及凝固过程中所需的工艺强度条件下进行浇注，并实现箱内冷却。

本发明最显著的特性是：使用了统一尺寸的标准化砂箱，砂箱带有可用于抽真空的结构；提供干砂和辅助填料多种填料用于填实组合型芯，并且十分方便实现循环回用；同时可利用抽真空之辅助手段有效提高填料的强度；组合型芯在砂箱内被填料紧密挤靠和填实，并可利用抽真空进一步提高支撑的强度，外皮型芯不再需要为增加强度而刻意做大做厚；在砂箱大小允许的空间内，根据铸件尺寸大小可以放置一件或多件铸件的组合型芯，而且其工艺设计时，可方便灵活选择立浇工艺或卧浇工艺；用作填料的干砂可以选择与制备组合型芯使用的相同的原砂，方便组合型芯带入系统的芯砂实现分离、再生及回用；可以实现铸件箱内冷却。

发明的效果：

1.在砂箱内用干砂(和辅助填料)填实组合型芯，替代了用潮模砂或树脂砂制作砂型的过程，不再需要庞大的造型系统以及与之配套的复杂的砂处理系统来进行造型，大大降低设备投资成本，并有效避免了重复造型造成的浪费，大大节约了生产运营成本。

2.采用统一尺寸的标准化砂箱，可实现汽车发动机铸件生产需要的自动化流水线生产，保证产品的一致性和工艺重复性。

3.该工艺使用了颗粒状填料，并在砂箱内对组合型芯进行操作，与多年来应用于汽车发动机铸件生产已积累了十分丰富经验的潮模砂工艺有十分相近的特征，可以将潮模砂工艺十分成熟的绝大部分工艺手段进行移植，在本工艺中进行实施，为本工艺提供了十分丰厚的工艺基础。

4.组合型芯在砂箱内除了被填料紧密挤靠和填实外，还可利用抽真空提高填料的强度，这不仅为外皮型芯提供更有力的支撑，满足工艺强度要求，且节省了组合型芯的制作成本，而且会加大浇注系统压头的压差，为铁水充型提供帮助，特别是对于结构复杂难于成型的薄壁铸件，可合理利用抽真空造成的压差来彻底解决铁水充型的问题。

5.组合型芯与填料的接触为“零间隙”接触，与潮模砂型相比，不仅去除工艺设计的型芯间隙，而且不会由于外皮型芯背后面随形掏空造成砂型与外皮型芯间局部空穴的现象，为制造高精度铸件提供了更加优越的工艺条件。

6.如果用作填料的干砂，采用与制备组合型芯所用的相同的原砂，由于其不需要添加膨润土、煤粉等潮模砂使用的附加物料，干砂与浇注后溃散的组合型芯砂混合在一起，其分离和再生处理的环节可十分简单，不仅易于实现干砂再生回用，而且砂再生的耗能也大大降低。

7.可实现铸件箱内冷却，替代去应力时效工序，节约制造成本。

附图说明

图1：组合型芯(含浇注系统)示意图。

图2：带有抽真空结构的砂箱示意图。

图3：砂箱内填底砂示意图。

图4：砂箱内底砂上放置组合型芯(含浇注系统)示意图。

图5：砂箱内二次填料过程示意图。

图6：砂箱内填辅助填料示意图。

图7：砂箱内二次填料完成示意图。

图8：砂箱上表面铺设塑料薄膜示意图。

图9：砂箱内部抽真空示意图。

图10：在抽真空状态下浇注过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容进行详细说明。

具体实施方式如下：

本发明在进入本发明所涵盖的工艺流程前，首先须制备汽车发动机铸件组合型芯1，并与浇注系统2进行装配及固定，参见图1。鉴于冷芯盒工艺具有生产效率高、砂芯变形小、发气量低、操作环境好，制造成本低等优点，组合型芯1中砂芯及外皮型芯尽可能选用冷芯盒工艺，另外组合型芯1中的外皮型芯在满足强度要求的前提下其背面要作筋格状随形处理，以进一步节省芯砂用量，降低生产成本。

如图2所示的带有抽真空结构的砂箱3示意图可知，在砂箱3下部有真空箱，真空箱的侧壁上留有抽真空接口，在需要时与抽真空设备相连接。砂箱3的大小尺寸应综合系统需要生产的所有产品而选定。在砂箱3底部加入干砂4作为底砂，称为一次填料；如果组合型芯的下表面为平面类，底砂的厚度通常在100-150毫米之间即可，如果组合型芯的下表面为曲面，底砂应铺出相应的斜面，并适当加厚，为组合型芯在砂箱内调平提供便利，并确保在这种情况下组合型芯调平后底砂的最薄位置的厚度不少于100毫米，如图3所示。

将预先制备完成的汽车发动机铸件组合型芯1(包括浇注系统2)相对居中放置在底砂上，并使用专用的定位夹具将组合型芯1及其浇注系统2在砂箱3内调整位置并固定，如图4所示。

然后在组合型芯1(含浇注系统2)周围进行二次填料，砂箱3内二次填料过程如图5所示；对于那些对外皮型芯在铸件浇注及凝固过程中所需工艺强度要求高，或者是对外皮型芯局部在铸件浇注及凝固过程中所需的工艺强度要求高的铸件，如图6所示，要在相应部位分层填料，即靠近外皮型芯的内层填辅助填料5，辅助填料的外层再填干砂4；填料时，可先使用搁板或搁板框将辅助填料5与干砂4分别填料，填料均完成后再抽走搁板或搁板框，以确保干砂4与辅助填料5分别在所需位置填入。

在二次填料过程中或二次填料结束后进行填料紧实，由于干砂4及辅助填料5的材料流动性都很好，通常采用人工摏实或微震紧实。随后取走定位夹具并相应补砂，直至干砂4上表面距离浇口杯砂芯上沿10-15厘米处为止；最终使组合型芯1(含浇注系统2)只有浇口杯的一部分外露出干砂表面，如图7所示。

对于不需要或不适合采用抽真空浇注的产品，二次填料后即可进行浇注，而对于需要采用抽真空浇注的产品，需要按以下工艺流程进行：

覆膜，即在干砂4上表面及砂箱3箱口铺设一层能够起密封作用的塑料薄膜6，用于抽真空浇注。使塑料薄膜6边缘超出砂箱3箱口边缘之外10-15厘米之间，如图8所示。

砂箱3侧面的抽真空接口与抽真空装备的设备接口相连接，开始对砂箱3进行抽真空，如图9所示。使砂箱3内的填料在负压作用下强度提高，其强度达到工艺要求的参数后即可进行铁水浇注，如图10所示。浇注铁水结束后，根据铸件凝固工艺的需求，继续保持抽真空若干一段时间。

随后停止抽真空；铸件在常压状态下进行箱内冷却，冷却完毕可进行打箱。

值得注意的是，砂箱抽真空的真空度可调，因为抽真空在提高填料强度的同时，也加大了浇注系统的压差，加大压差对于浇注充型困难的铸件或某个部位局部浇注充型困难的铸件的成形大有益处，但同时也会带来易卷入空气或浇注不平稳等问题，因此要具体铸件具体分析，综合考虑各因素选择最为合适的真空度。

注：以上说明仅仅是针对本发明的一种典型工艺流程，是为了更好的说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；尽管本说明书对有关技术方案进行了详细说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种用于发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺，其特征在于：在带有抽真空结构的能实现标准化的砂箱内，在不再需要造型的前提下，利用填料将预先制备好的含浇注系统的冷芯盒组合型芯进行填埋紧实，为冷芯盒组合型芯的外皮型芯提供能满足其在铸件浇注及凝固过程所需的工艺强度要求的支撑，并预留有能进一步提高填料强度的抽真空措施，所述冷芯盒组合型芯将在充分保障其在铸件浇注及凝固过程中所需的工艺强度条件下进行浇注，并实现箱内冷却。

2.根据权利要求1所述的用于发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺，其特征在于：所述冷芯盒组合型芯是指全部由冷芯盒砂芯组成的组合型芯，或者是冷芯盒砂芯与热芯盒或其它工艺砂芯组成的组合型芯。

3.根据权利要求1所述的用于发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺，其特征在于：在所述砂箱内使用干砂作为填料将所述冷芯盒组合型芯填实，所述干砂与制备所述冷芯盒组合型芯使用的原砂相同或不同。

4.根据权利要求3所述的用于发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺，其特征在于：在所述砂箱内将所述冷芯盒组合型芯填实时，还使用辅助填料。

5.根据权利要求1所述的用于发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺，其特征在于：所述填料全部为辅助填料。

6.根据权利要求1所述的用于发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺，其特征在于：

步骤1.在带有抽真空结构的砂箱底部填入一定量的干砂作为底砂，称为一次填料；

步骤2.将所述组合型芯相对居中放置于砂箱内的底砂上，并使用夹具调整并固定其在砂箱内的位置；

步骤3.在所述组合型芯周围进行二次填料；

步骤4.紧实填料；

步骤5.取走定位夹具并补砂；

步骤6.浇注铁水；

步骤7.箱内冷却。

7.根据权利要求6所述的用于发动机铸铁铸件冷芯盒组合型芯的浇注生产工艺，其特征在于：在步骤5和步骤6之间，还包括在干砂上表面及砂箱箱口铺设塑料薄膜的覆膜步骤，以及对砂箱抽真空的步骤；并且在步骤6之后，继续保持抽真空若干一段时间后，停止抽真空。