CN108273964B - 一种提高表面质量的气缸套的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种提高表面质量的气缸套的生产方法。提供了一种降低原材料消耗，降低后续机械加工的工作量和制造成本的提高表面质量的气缸套的生产方法。包括以下步骤：1)消失模造型；2)浇注气缸套铸坯，冷凝形成毛坯；3)对气缸套铸坯进行粗加工；4)热处理；5)平台网纹加工。本发明中的消失模铸造工艺与传统的普通砂型铸造工艺之间既具有合金凝固特性方面相近的继承性，又具有造型工艺上的互补性，显然消失模铸造工艺具有气缸套产品质量和内部结构稳定性显然提高，降低了铸件本身的原材料消耗与熔炼金属所需的能源总量，节能减排，有利于环保；也同时降低了后续机械加工的工作量和制造成本。

Description

一种提高表面质量的气缸套的生产方法

本发明专利申请是申请号：2016101437999，名称：一种气缸套的生产方法，申请日：2016-03-14的分案申请。

技术领域

本发明涉及金属材料类，特别涉及一种增压发动机气缸套的生产方法。

背景技术

在现有技术中，发动机气缸套采用硼铸铁、硼铜铸铁、铬钼铜铸铁、高磷合金铸铁、高磷铸铁、高含量铬钼镍铸铁、铬钼铜硼合金铸铁等制造。传统铸造方法通常采用砂型铸造,生产时,形成产品的外表面形状的铸型和形成内部表面形状的砂芯是分开作业的。其中造型外模又包括三个部分：产品外形型腔成型模、两个冒口成型模和浇注系统成型模。造型时，现将三者按照其相对位置关系放置在造型平板上进行造型。取模时，先将两个冒口和直浇道从上砂箱的背部取出，再从砂箱的正面将产品模型的外模及其连带的横浇道模型取出，从而形成铸型的上型腔；而砂芯成型可以采取多种方式：黏土砂芯、油砂芯或树脂砂芯。由于传统的砂型铸造一方面其工艺本身工序繁杂，对从业者的铸造技能依赖性较大，劳动强度大，砂处理粉尘污染严重，从业人员职业危害较大,这就导致了铸造质量很难稳定，而且从业人员队伍也不稳定；另一方面，普通砂型铸造出来的铸件尺寸精度低，所以机械加工余量也就偏大，正常都在5～6mm之间。限于普通砂型造型工艺及砂箱空间大小的双重限制，每次造型浇注的工艺出品率很低，仅为60％。这不但增加了铸件本身的原材料消耗与熔炼金属所需的能源总量，也同时加大了后续机械加工的工作量和制造成本。

目前，传统砂型铸造方法已不能满足现代化绿色制造的要求,该方法大大增加了铸件本身的原材料消耗与熔炼金属所需的能源总量，也同时加大了后续机械加工的工作量和制造成本。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种降低原材料消耗，降低后续机械加工的工作量和制造成本的提高表面质量的气缸套的生产方法。

本发明的技术方案为：包括以下步骤：

1)消失模造型，在气缸套模具内采用聚苯乙烯泡沫塑料发泡成型，形成与气缸套形状相同的消失模，消失模粘上采用聚苯乙烯泡沫塑料发泡成型的浇道与浇口；

在消失模表面涂覆涂料层并烘干，将其埋入铸造砂箱内的干砂中；

2)浇注气缸套铸坯，使用低硫低磷生铁进行浇注，冷凝形成毛坯，所述低硫低磷生铁中硫S＜0.02％、磷P＜0.03％、锰Mn＜0.31％；

3)对气缸套铸坯进行粗加工；

4)热处理，在可控气体的保护下，于320～385℃盐浴炉中进行，热处理的时间为1～3.5小时，可控气体由体积百分比分别为一氧化碳16％、氢气44％和氮气40％组成；

5)平台网纹加工，在4mm范围内，珩磨网纹的槽深≥4μm的沟槽≥6个，轮廓偏斜度-0.9～-2.8。

所述涂料层具有内层和外层，外层的涂料层内设有磁粉，所述铸造砂箱的四周具有内孔，所述铸造砂箱的内孔可拆卸连接设有磁铁。

所述铸造砂箱的干砂内设有磁粉，所述磁粉位于所述消失模的四周，所述铸造砂箱的四周具有内孔，所述铸造砂箱的内孔可拆卸连接设有磁铁。

本发明在工作中，消失模采用聚苯乙烯泡沫塑料发泡成型经过涂覆涂料并烘干后进行模型簇的组装，放置在铸造砂箱内，最后在铸造砂箱内实现一次性浇注成形，即气缸套产品泡沫模型随着熔融金属液的浇注而燃烧气化。

在浇注过程中，随着聚苯乙烯泡沫塑料的热解温度越高，其发气量越大，可通过在外层涂料层内设置磁粉，通过磁铁进行吸附，形成排气通道，提高涂料层的透气性，方便排出，提高气缸套的表面质量；

或可通过在消失模四周的干砂中设置磁粉，通过磁铁进行吸附，形成干砂的排气通道，使得气体从涂料层再经过干砂的排气通道排出，提高气缸套的表面质量。

浇注气缸套铸坯根据设计要求配方,使用低硫低磷生铁进行浇注，低硫低磷生铁中的硫S＜0.02％、磷P＜0.03％、锰Mn＜0.31％。

热处理是在可控气体的保护下，于320～385℃盐浴炉中进行，热处理的时间为1～3.5小时，提高气缸套的质量和稳定性。

平台珩磨网纹加工是在4mm范围内，珩磨网纹的槽深≥4μm的沟槽≥6个，轮廓偏斜度SK-0.9～-2.8。平台网纹就是在平整光洁的表面上均匀地拥有窄而深的沟槽，好的平台网纹其平台粗糙度很低，一般为＜0.2μm而沟槽窄而深，其最大优点是储油能力强，表面耐磨，同时大大缩短了初期磨合时间，例如国内发动机出厂前需磨合少则几个小时，多则十几个小时才达到要求，而国外发动机出厂时接近于零磨合，几分钟就可达到要求。

本发明中的消失模铸造工艺与传统的普通砂型铸造工艺之间既具有合金凝固特性方面相近的继承性，又具有造型工艺上的互补性，消失模铸造工艺提高了气缸套产品质量及其内部结构稳定性，降低了铸件本身的原材料消耗与熔炼金属所需的能源总量，节能减排，有利于环保；也同时降低了后续机械加工的工作量和制造成本。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的结构示意图，

图2是本发明第二种实施方式的结构示意图；

图中1是消失模，2是涂料层，21是内层，22是外层，3是铸造砂箱，4是干砂，5是磁粉，6是磁铁；

图中垂直方向的箭头代表磁铁的动作方向；水平方向代表磁粉的动作方向。

具体实施方式

本发明如图1-2所示，包括以下步骤：

1)消失模造型，在气缸套模具内采用聚苯乙烯泡沫塑料发泡成型，形成与气缸套形状相同的消失模1，消失模粘上采用聚苯乙烯泡沫塑料发泡成型的浇道与浇口；

在消失模表面涂覆涂料层并烘干，将其埋入铸造砂箱3内的干砂4中；在涂料层或干砂中混入磁粉，通过在铸造砂箱内可拆卸连接磁铁进行吸附，形成排气通道，提高排气效率和可靠性；磁铁随着流道的流向进行放置，使得产生的气体逐步排出，提高铸坯表面的质量。

2)浇注气缸套铸坯，使用低硫低磷生铁进行浇注，冷凝形成毛坯，所述低硫低磷生铁中硫S＜0.02％、磷P＜0.03％、锰Mn＜0.31％；

3)对气缸套铸坯进行粗加工；

4)热处理，在可控气体的保护下，于320～385℃盐浴炉中进行，热处理的时间为1～3.5小时，可控气体由体积百分比分别为一氧化碳16％、氢气44％和氮气40％组成；

5)平台网纹加工，在4mm范围内，珩磨网纹的槽深≥4μm的沟槽≥6个，轮廓偏斜度-0.9～-2.8。

本发明的第一种实施方式如图1所示，所述涂料层2具有内层21和外层22，外层的涂料层内设有磁粉5，所述铸造砂箱的四周具有内孔，所述铸造砂箱的内孔可拆卸连接设有磁铁6。

通过在外层涂料层内设置磁粉，通过磁铁进行吸附，形成排气通道，提高涂料层的透气性，方便排出，提高气缸套的表面质量；由于对涂料层进行烘干呈固态，外层涂料层上磁粉的吸出，不影响涂料层的正常工作。

本发明的第二种实施方式如图2所示，所述铸造砂箱的干砂内设有磁粉5，所述磁粉位于所述消失模的四周，所述铸造砂箱的四周具有内孔，所述铸造砂箱的内孔可拆卸连接设有磁铁6。

通过在消失模四周的干砂中设置磁粉，通过磁铁进行吸附，形成干砂的排气通道，使得气体从涂料层再经过干砂的排气通道排出，提高气缸套的表面质量；干砂中的磁粉的吸出，使得周围的干砂适当的松散，形成排气通道，便于气体的排出。

在浇注时，磁铁随着浇道的流向逐一放入铸造砂箱四周的内孔中，一方面，保证浇注前铸造砂箱内的密实性；另一方面，在浇注过程中，气体逐渐产生，通过磁铁的逐步吸附，使得产生的气体逐步充填排气通道排出，避免气缸套铸件表面受到气体的影响，提高气缸套表面的质量。

工作时，涂料层和干砂能够进行排气，但是排气效率低，使得气体容易积聚，降低了排气的可靠性，造成铸坯表面质量差；通过设置排气通道，提高了排气效率和可靠性。

本发明的生产过程为：

一、生产步骤：

1、消失模造型：消失模的泡沫模型采用可膨胀的聚苯乙烯泡沫塑料EPS。制作泡塑气化白模，组合浇注系统，气化白模表面刷、喷特制耐高温涂料并烘干。消失模铸造是实型铸造，直接用产品泡沫模型来造型，无需砂芯。

2、将铸造砂箱置于振动工作台上，填入底砂(干砂)振实，刮平，将烘干的气化模放于底砂上，填满干砂，微振适当时间刮平箱口。

3、干砂紧固成型后，进行浇注，白模气化消失，金属液取代其位置。

4、待铸件冷凝后翻箱，从松散的干砂中取出铸件，进行下一循环。

二、浇注气缸套铸坯：

1、选用废钢增碳的合金铸铁或高纯球铁生铁作为生产气缸套的主要金属材料，严格控制合金化元素的加入量；在中频电炉内熔炼铁水，1520～1580℃出炉。在浇注过程中模型气化需要吸收热量，消失模设备铸造的浇注温度应略高于砂型铸造。

2、合金化元素的加入量(％)，其余为Fe：

C	Si	Mn	P	S
					3.1-3.9	2.0-3.0	＜0.31	＜0.03	＜0.02

3、对气缸套铸坯进行粗加工。

4、热处理：

在可控气体保护(由体积百分比分别为一氧化碳16％、氢气44％和氮气40％组成)的盐浴炉中进行，热处理320-385℃，1-3.5小时。控制热变形量在±0.2mm之内。

热处理后取样、金相检查并测定硬度。

5、平台珩磨网纹处理：

在4mm范围内，珩磨网纹的槽深≥4μm的沟槽≥6个，轮廓偏斜度SK-0.9～-2.8。

6、检验、出合格证、包装。

二、产品性能指标：

通过台架试验及线路运用考核试验：采用本发明方法生产的气缸套的性能可以达到增压发动机的要求。

1、气缸套主要尺寸(mm):

内径尺寸	外径尺寸	上法兰外径	总高
				228.6	296	310	580

2、服役条件:

几何压缩比

3、合金化元素加入后化学成分(％)

C	Si	Mn	P	S
					3.3	2.5	0.26	0.028	0.019

4、合金铸铁金相组织

珠光体96-100％。

5、材质机械性能：抗拉强度≥300MPa

6、HB＝207-285

采用本发明方法形成的气缸套产品质量和内部结构稳定性显然获得了提高，而且降低了铸件本身的原材料消耗与熔炼金属所需的能源总量，节能减排，有利于环保；也同时降低了后续机械加工的工作量和制造成本。

消失模铸造工艺集实型铸造、V法铸造工艺的优点为一体，使用干砂固型，原型原样；铸件尺寸精度高，均匀一致；不下芯，不扣箱，铸件无飞边、毛刺；表面光滑度接近精密铸造，内部结构稳定，排除、降低了砂眼、气空等铸造缺陷。整个生产过程环保，没有污染。综上所述，消失模铸造符合当今铸造技术发展的总趋势，有着广阔的前景。与传统铸造技术相比，消失模铸造技术具有与无伦比的优势。

Claims (1)

1.一种提高表面质量的气缸套的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)消失模造型，在气缸套模具内采用聚苯乙烯泡沫塑料发泡成型，形成与气缸套形状相同的消失模，消失模粘上采用聚苯乙烯泡沫塑料发泡成型的浇道与浇口；

在消失模表面涂覆涂料层并烘干，将其埋入铸造砂箱内的干砂中；

2)浇注气缸套铸坯，使用低硫低磷生铁进行浇注，冷凝形成毛坯，所述低硫低磷生铁中硫S＜0.02％、磷P＜0.03％、锰Mn＜0.31％；

3)对气缸套铸坯进行粗加工；

4)热处理，在可控气体的保护下，于320～385℃盐浴炉中进行，热处理的时间为1～3.5小时，可控气体由体积百分比分别为一氧化碳16％、氢气44％和氮气40％组成；

5)平台网纹加工，在4mm范围内，珩磨网纹的槽深≥4μm的沟槽≥6个，轮廓偏斜度-0.9～-2.8；

所述铸造砂箱的干砂内设有磁粉，所述磁粉位于所述消失模的四周，所述铸造砂箱的四周具有内孔，所述铸造砂箱的内孔可拆卸连接设有磁铁。