CN103480794A - 一种铸造铝合金箱体油道用的复合材料及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种铸造铝合金箱体油道用的复合材料及其方法。为解决原铸造工艺方法难以解决的深孔铸造技术问题，避免采用嵌铸钢管成孔后再钻孔造成油道不同心和划伤铝基面的现象，克服采用普通砂制芯生产的箱体油道无法满足密封性要求的问题，本发明提供的复合材料包括金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂，采用该复合材料制成油道芯子，替代了采用钢管形成油道孔，不会在钢管和铝基体之间产生夹层缺陷，避免了钢屑进入油道的隐患；采用该复合材料制成油道芯子，能够在油道的周围形成致密的激冷层，满足油道的密封性要求，而且易溃散、低发气；油道表面光洁度较好，即使不进行机械加工也能满足使用要求。

Description

一种铸造铝合金箱体油道用的复合材料及其方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种铸造铝合金箱体油道用的复合材料及其方法。

背景技术

目前，在某些大功率柴油发动机箱体内有一根供发动机主轴润滑、活塞冷却与润滑的高压油道，油道贯穿整个发动机箱体长度方向，直径φ25～φ40mm，油道承受压力1MPa以上。

现役动力箱体的主油道的结构设计有以下三种方式：

如图1所示，第一种方式是将符合油道规格的钢管2嵌铸在铝合金箱体1内形成主油道，现役动力绝大部分采用这种方式，这种结构方式由于钢管的强度和刚度很高，因此所形成的油道强度和密封性都很好。如图3所示，采用钢管嵌铸方式由于钢管2和铝基体1材质不同，钢/铝物理力学性能存在差异，以及钢/铝界面浸润性差，嵌铸过程的热膨胀系数和凝固过程的收缩值不同等复杂因素，凝固后在钢管2和铝基体1之间存在间隙，形成夹层缺陷3，这种缺陷在箱体隔板处和箱体冷却喷油座部位出现的几率更大。因为主轴的润滑是主油道通过隔板上的油孔实现的，活塞的冷却和润滑也是主油道通过冷却喷油座的油孔实现的，因此要求隔板和钢管、喷油座和钢管打通，在加工隔板和喷油座的油孔时，切屑时产生的钢屑极易进入夹层里，既不容易发现更不容易清理，在发动机处于工作状态或震动时以及受到高压油的冲刷时，隐藏在夹层里的钢屑很容易进入发动机轴承形成事故隐患。

如图2所示，第二种方式是在铝合金箱体上直接铸造形成主油道，新研制动力大都采用这种方式，因此对箱体的整体强度和主油道的密封性有较高的要求，由于目前还没有形成成熟的油道铸造工艺方法，所以仍然采用钢管嵌铸的方法来完成，首先在主油道部位放置小于油道孔直径的钢管嵌铸形成油道孔，主要是利用钢管的高强度、刚度和强制冷却效果，以获得致密的激冷层，然后经过机械加工的方法再把钢管加工掉，形成主油道孔。前期试制仍采用钢管嵌铸的方法形成油道孔，然后再用钻孔的方法去除孔内的钢管，由于主油道长度超过1000mm以上，加上形成主油道孔的钢管强度比铝合金基体高很多，以及深孔钻的长径比较大，钻孔时钻头刚度有所降低，出现所钻的孔不同心，另外钻削过程中由于钢屑硬度高和深孔排屑困难等原因，在加工过的铝基体面上形成了很深的螺旋划痕。

第三种方式是采用普通的单一砂作为主油道制芯用砂，由于普通砂的强度和激冷效果远低于复合砂的强度和激冷效果，因此用单一砂制成的芯子浇注的箱体油道周围的组织的致密度和基体接近，有些部位还低于基体组织，因此采用这种方法生产的箱体油道的密封性很难达到技术要求。并且由于单一砂制成的芯子强度较低，在浇注过程中芯子受热膨胀容易出现开裂形成夹层缺陷，而且芯子产生的气体不能及时排出型外，容易在箱体的其它部位产生气孔缺陷，对箱体性能造成一定的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种新型的形成油道的制芯材料和油道成形技术，解决了原铸造工艺方法难以解决的深孔铸造技术问题；突破了目前深孔成形依赖钢管嵌铸的技术壁垒，同时也避免了采用嵌铸钢管成孔后再钻孔造成油道不同心和划伤铝基面的现象；也克服了采用普通砂制芯生产的箱体油道无法满足密封性要求的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种铸造铝合金箱体油道用的复合材料，其特征在于：所述复合材料包括金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂。

其中，所述金属丸的直径为0.3～0.5mm；所述铁粉的粒度为70～100目；所述原砂的粒度为50～100目；自硬树脂砂粘结剂为树脂粘结剂+固化剂。

其中，所述金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂占所述复合材料的比重分别为50％～60％、30％～40％、10％～20％和1.5％～2％。

其中，根据不同的铸件结构、油道周围的壁厚和油道压力的大小以及油道孔的表面粗糙度，调整所述金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂的配比与之匹配。

其中，所述金属丸为钢丸或铁丸，其无结块和表面无锈蚀。

一种利用所述的铸造铝合金箱体油道用的复合材料铸造铝合金箱体油道的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一，准备钢管：钢管为普通无缝钢管，表面无锈蚀和油渍，在浇注过程中，其变形量不能超过1.5mm，其壁厚≥3mm，在钢管长度方向间隔40～60mm，沿钢管直径方向钻φ3～φ5的通孔，然后旋转90°钻φ3～φ5的通孔；

步骤二，对钢管进行喷丸处理；

步骤三，制芯工艺：把钢管固定于油道芯盒中间位置，在钢管两端孔处放置两根纤维通气绳，伸进管内约30mm，将所述铸造铝合金箱体油道用的复合材料填入油道芯盒中震实，待油道芯子固化后出型，出型后将油道芯子放置在平整的芯板上；

步骤四，芯子表面处理：在芯子表面刷醇基涂料后点燃，然后冷却到室温；

步骤五，下芯浇注工艺：把油道芯子放置于下铸型中，油道芯子两端的纤维通气绳通过下铸型两端的通孔伸到铸型外，然后用树脂砂把下铸型两端的通孔周围封严并固化，浇注时油道芯子产生的气体进入油道芯子中间的钢管内，再通过纤维通气绳排到下铸型外。

其中，所述钢管的规格与所要形成油道孔的直径与长度相匹配。

其中，所述油道芯子固化时间为24小时。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：

1、本发明采用新型复合材料突破了制芯砂为单一砂的传统工艺，并且该复合材料的热物性参数可根据不同要求进行连续调整；

2、本发明采用新型复合材料制成主油道芯子，相比较现有的钢管嵌铸方法形成主油道，不会在钢管和铝基体之间产生夹层缺陷，也避免了钢屑进入油道的隐患，相比较嵌铸钢管后再加工的方法，既降低了加工成本，也缩短了加工周期；

3、本发明采用新型复合材料制成的油道芯子，能在油道的周围形成致密的激冷层，满足油道的密封性要求，而且易溃散、低发气；所形成的油道表面光洁度较好，即使不进行机械加工也能满足使用要求，如果所形成的油道是异形结构，采用复合材料制芯优势更加明显；

4、本发明在钢管周围打通气孔放置通气绳便于铸件深孔铸造的排气。

附图说明

图1为现有的采用钢管嵌铸方法形成油道的剖面图；

图2为现有的采用嵌铸钢管后再加工形成油道的剖面图；

图3为现有的采用钢管嵌铸方法形成的油道的结构和缺陷部位示意图；

图4为本发明在制芯工艺前钢管的结构示意图；

图5为本发明制芯工艺过程中油道孔的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供的铸造铝合金箱体油道用的复合材料，所述复合材料包括金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂。该复合材料的热物性参数可根据不同要求进行连续调整。

其中，所述金属丸的直径为0.3～0.5mm；所述铁粉的粒度为70～100目；所述原砂的粒度为50～100目；自硬树脂砂粘结剂为树脂粘结剂+固化剂。

其中，所述金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂占所述复合材料的比重分别为50％～60％、30％～40％、10％～20％和1.5％～2％。

其中，根据不同的铸件结构、油道周围的壁厚和油道压力的大小以及油道孔的表面粗糙度，调整所述金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂的配比与之匹配。

其中，所述金属丸为钢丸或铁丸，其无结块和表面无锈蚀。

这种新型复合材料主要成分由铁(钢)丸、铁粉组成，有较强的激冷作用，还具有高热导率、高比热容和高密度的物理特性，所制成的油道芯子不仅发气量低而且有较好的透气性和良好的溃散性，同时有较高的强度和耐火度，符合大型铝合金铸件深孔铸造成形的工艺要求。

复合材料制备的工艺方法：

采用球形或锅形混砂机混砂。

复合材料混砂工艺：先将铁(钢)丸、原砂倒入混砂机混制30秒，然后将铁粉倒入再混制约30秒，观察各组分混合均匀后加入树脂粘结剂混制1分钟，再加入固化剂混制1分钟即可使用。

利用所述的铸造铝合金箱体油道用的复合材料铸造铝合金箱体油道的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，如图4所示，准备钢管：钢管为普通无缝钢管，表面无锈蚀和油渍，在浇注过程中，其变形量不能超过1.5mm，其壁厚≥3mm，在钢管长度方向间隔40～60mm，沿钢管直径方向钻φ3～φ5的通孔，然后旋转90°钻φ3～φ5的通孔；

步骤二，对钢管进行喷丸处理；

步骤三，如图5所示，制芯工艺：把钢管2固定于油道芯盒中间位置，满足了大型复杂铝合金铸件深孔铸造成形的需求；在钢管两端孔处放置两根纤维通气绳3，伸进管内约30mm，便于铸件深孔铸造的排气；将所述铸造铝合金箱体油道用的复合材料1填入油道芯盒中震实，待油道芯子固化后出型，出型后将油道芯子放置在平整的芯板上；采用该复合材料1制成的油道芯子能够同时满足强激冷、易溃散、低发气的铸造需求；

步骤四，芯子表面处理：在芯子表面刷醇基涂料后点燃，然后冷却到室温；

步骤五，下芯浇注工艺：把油道芯子放置于下铸型中，油道芯子两端的纤维通气绳通过下铸型两端的通孔伸到铸型外，然后用树脂砂把下铸型两端的通孔周围封严并固化，浇注时油道芯子产生的气体进入油道芯子中间的钢管内，再通过纤维通气绳排到下铸型外。

其中，所述钢管的规格与所要形成油道孔的直径与长度相匹配。

其中，所述油道芯子固化时间为24小时。

本发明采用新型复合材料制成油道孔芯子，不会在钢管和铝基体之间产生夹层缺陷，也避免了钢屑进入油道的隐患，降低了加工成本，缩短了加工周期；而且用复合材料制成的芯子能在油道的周围形成致密的激冷层，满足油道的密封性要求；所形成的油道表面光洁度较好，即使不进行机械加工也能满足使用要求，如果所形成的油道是异形结构，采用复合材料制芯优势更加明显。

通过试验验证，采用这种复合材料浇注的铝合金箱体铸件油道孔内的复合材料清理顺利，孔内的复合材料完全溃散，通过对铸件的解剖检验深孔表面均匀一致，无粘砂和铝液浸入现象，经过对试验件径向解剖孔的周围组织与其它部位相比，靠近油道芯子部位的组织更加致密，达到预期效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铸造铝合金箱体油道用的复合材料，其特征在于：所述复合材料包括金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂。

2.如权利要求1所述的铸造铝合金箱体油道用的复合材料，其特征在于：所述金属丸的直径为0.3～0.5mm；所述铁粉的粒度为70～100目；所述原砂的粒度为50～100目；自硬树脂砂粘结剂为树脂粘结剂+固化剂。

3.如权利要求1所述的铸造铝合金箱体油道用的复合材料，其特征在于：所述金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂占所述复合材料的比重分别为50％～60％、30％～40％、10％～20％和1.5％～2％。

4.如权利要求3所述的铸造铝合金箱体油道用的复合材料，其特征在于：根据不同的铸件结构、油道周围的壁厚和油道压力的大小以及油道孔的表面粗糙度，调整所述金属丸、铁粉、原砂和自硬树脂砂粘结剂的配比与之匹配。

5.如权利要求1～4任一所述的铸造铝合金箱体油道用的复合材料，其特征在于：所述金属丸为钢丸或铁丸，其无结块和表面无锈蚀。

6.一种利用权利要求1所述的铸造铝合金箱体油道用的复合材料铸造铝合金箱体油道的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一，准备钢管：钢管为普通无缝钢管，表面无锈蚀和油渍，在浇注过程中，其变形量不能超过1.5mm，其壁厚≥3mm，在钢管长度方向间隔40～60mm，沿钢管直径方向钻φ3～φ5的通孔，然后旋转90°钻φ3～φ5的通孔；

步骤二，对钢管进行喷丸处理；

步骤三，制芯工艺：把钢管固定于油道芯盒中间位置，在钢管两端孔处放置两根纤维通气绳，伸进管内约30mm，将所述铸造铝合金箱体油道用的复合材料填入油道芯盒中震实，待油道芯子固化后出型，出型后将油道芯子放置在平整的芯板上；

步骤四，芯子表面处理：在芯子表面刷醇基涂料后点燃，然后冷却到室温；

步骤五，下芯浇注工艺：把油道芯子放置于下铸型中，油道芯子两端的纤维通气绳通过下铸型两端的通孔伸到铸型外，然后用树脂砂把下铸型两端的通孔周围封严并固化，浇注时油道芯子产生的气体进入油道芯子中间的钢管内，再通过纤维通气绳排到下铸型外。

7.如权利要求6所述的铸造铝合金箱体油道的方法，其特征在于：所述钢管的规格与所要形成油道孔的直径与长度相匹配。

8.如权利要求6所述的铸造铝合金箱体油道的方法，其特征在于：所述油道芯子固化时间为24小时。

Images