CN108994251B - 复杂型腔电机壳体的铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂型腔电机壳体的铸造工艺，用于解决现有电机壳体铸造工艺实用性差的技术问题。技术方案是为电机壳体铸件型腔的砂芯设计一种自熔融的芯座，并在芯座和型腔成形砂芯中间采用自熔融芯撑为成型砂芯进行定位，电机壳体型腔砂芯部分通过SLS选择性激光烧结覆膜砂技术打印成型，其余部分用传统的砂型铸造，在下砂型中安装芯座及芯撑，其中芯撑和芯座采用与电机壳体相同的材料一体加工制作而成，芯座上设有芯撑的定位槽；中砂型的外围用采用木模+树脂砂型造型成形，按中模、水套芯、主型芯、小型芯的顺序装配。浇铸完成后，通过电机壳体的进出油路或水路口清理出砂芯，即可获得所需的电机壳体铸件，还可以避免环境污染，实用性好。

Description

复杂型腔电机壳体的铸造工艺
技术领域
本发明涉及一种电机壳体铸造工艺，特别涉及一种复杂型腔电机壳体的铸造工艺。
背景技术
文献“《复杂水冷电机壳体的铸造工艺设计及模具制造》[D]陈权广西大学硕士学位论文2015.12p19-20”公开了一种对GH电机壳体进行消失模-水道砂芯组合的铸造工艺，该方法以发泡的EPS材料颗粒翻制白模来制作GH电机壳体外形，以金属模翻制水道冷砂芯来表达封闭循环水室，将泡沫白模与水道冷砂芯组装并用干砂充实，最后浇注出具有复杂外型和中空内腔的电机壳体铸件。该方法在消失模铸造的振实阶段，砂粒对泡沫模型和砂芯的冲击力很大，只能通过额外增加芯骨来固定砂芯，但是芯骨对砂芯的固定效果较差，而且该方法在消失模铸造阶段会产生环境污染。
发明内容
为了克服现有电机壳体铸造工艺实用性差的不足，本发明提供一种复杂型腔电机壳体的铸造工艺。该工艺为电机壳体铸件型腔的砂芯设计一种自熔融的芯座，并在芯座和型腔成形砂芯中间采用自熔融芯撑为成型砂芯进行定位，电机壳体型腔砂芯部分通过SLS选择性激光烧结覆膜砂技术打印成型，其余部分用传统的砂型铸造，在下砂型中安装芯座及芯撑，其中芯撑和芯座采用与电机壳体相同的材料一体加工制作而成，芯座上设有芯撑的定位槽；中砂型的外围用采用木模+树脂砂型造型成形，按中模、油路或水路砂芯、主型芯、小型芯的顺序装配。浇铸完成后，通过电机壳体的进出油路或水路口清理出砂芯，即可获得所需的电机壳体铸件，还可以避免环境污染，实用性好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种复杂型腔电机壳体的铸造工艺，其特点是包括以下步骤：
步骤一、按照质量比为原砂：酚醛树脂：乌洛托品：硬脂酸钙＝500：20：4：3制作成激光烧结用覆膜砂，采用SLS选择性激光烧结打印油路或水路砂芯。3D激光打印机激光器的激光功率为15W，激光束扫描速度为2100mm/s，扫描线宽0.1mm，覆膜砂每层厚度为0.2mm，成型温度200℃。
步骤二、设计自熔融铝合金芯撑和芯座。
芯座为圆环形，沿圆周分布有12个圆孔作为芯撑的定位槽，用来安放芯撑。芯撑上半部分圆柱插入油路或水路砂芯下端预留的圆孔中，其圆柱的直径和高度与打印砂芯时油路或水路下端预留的圆孔尺寸相配合，用于定位砂芯。芯撑中间的圆台用于固定砂芯。芯撑的下半部分圆柱插入芯座中，并与芯座上的圆孔相配合，用于支撑整个砂芯。
步骤三、所有型芯、油路或水路砂芯、冷铁以及砂型均刷涂料并烘干，烘干温度为180℃，烘干时间为4h。
在下砂型中安装芯座及芯撑，中砂型按中模、油路或水路砂芯、主型芯和小型芯的顺序进行组装，其中，芯座和主型芯间用12个沿圆周分布的芯撑来定位和支撑。
上砂型通过采用人工造型增加冒口高度。
步骤四、组型完毕后进行合箱，并放置压铁，在715～720℃的合金液浇铸温度下进行浇注。
步骤五、浇铸完成后，待铸型冷却，将砂型打碎，清除多余型砂，得到复杂型腔电机壳体。
所述芯撑和芯座与电机壳体的材料相同。
所述芯撑、芯座和电机壳体的材料是铝合金。
本发明的有益效果是：该工艺为电机壳体铸件型腔的砂芯设计一种自熔融的芯座，并在芯座和型腔成形砂芯中间采用自熔融芯撑为成型砂芯进行定位，电机壳体型腔砂芯部分通过SLS选择性激光烧结覆膜砂技术打印成型，其余部分用传统的砂型铸造，在下砂型中安装芯座及芯撑，其中芯撑和芯座采用与电机壳体相同的材料一体加工制作而成，芯座上设有芯撑的定位槽；中砂型的外围用采用木模+树脂砂型造型成形，按中模、油路或水路砂芯、主型芯、小型芯的顺序装配。浇铸完成后，通过电机壳体的进出油路或水路口清理出砂芯，即可获得所需的电机壳体铸件，还可以避免环境污染，实用性好。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明设计的电机壳体外观图。
图2是本发明设计的电机壳体内部油路示意图。
图3是本发明设计的芯座。
图4是本发明设计的芯撑。
图5是本发明实施例1制备ZL101油冷电机壳体铸件的实物照片。
图6是本发明实施例2制备的ZL101水冷电机壳体铸件的实物照片。
图7是本发明实施例3制备的ZL102油冷电机壳体铸件的实物照片。
具体实施方式
以下实施例参照图1-7。
实施例1。ZL101油冷电机壳体的铸造工艺具体步骤如下：
(a)SLS选择性激光烧结打印砂芯。
1)将1500g原砂、60g粘结剂(酚醛树脂)、12g固化剂(乌洛托品)、9g添加剂(硬脂酸钙)制作成激光烧结所使用的覆膜砂。
2)图2是电机壳体内部油路示意图。利用三维造型软件进行三维造型，绘制出符合油路砂芯规格的CAD三维实体模型，将其转换成STL格式文件，同时把三维实体模型进行网格划分，并做分层处理。
3)通过Power RP软件控制成型系统辊筒进行铺粉，其粉层的厚度对应CAD三维实体模型切片层的厚度，然后将覆膜砂压实，并利用加热管将覆膜砂加热到200℃。
4)逐层地添加覆膜砂粒并按砂芯的形状进行激光烧结，直至完成油路砂芯的三维实体，然后去掉表层多余的砂粒，再进行打磨、烘干、保温固化处理，获得油路砂芯。
3D激光打印机激光器的激光功率为15W，激光束扫描速度为2100mm/s，扫描线宽0.1mm，覆膜砂每层厚度为0.2mm，成型温度200℃。
(b)自熔融铝合金芯撑和芯座的设计。
图3是本发明设计的芯座。芯座为圆环形，沿圆周分布有12个圆孔作为芯撑的定位槽，用来安放芯撑。图4是本发明设计的芯撑，芯撑上半部分圆柱需插入油路砂芯下端预留的圆孔中，其圆柱的直径和高度与打印砂芯时油路下端预留的圆孔尺寸相配合，从而可以起到定位砂芯的作用。芯撑中间的圆台，可以进一步起到固定砂芯的作用。芯撑的下半部分圆柱需要插入到芯座中，并起到支撑整个砂芯的作用，并与芯座上的圆孔相配合。圆台与底圆柱之间的圆柱可以保证自熔融芯撑与铸件本体熔合良好，若有个别自熔融芯撑与铸件本体熔合情况不好，可以通过氩弧焊焊接来补修完整。
(c)电机壳体浇铸工艺的设计。
根据ZL101铝合金特性及铸件结构特点，为使液流平稳，直浇道采用蛇形浇道，从而减少冲击和紊流的产生，内浇道采用缝隙式浇注，可以使铸件上部温度比下部温度高100℃，保证自下而上的凝固顺序，同时在凝固过程中铸件可以得到上部冒口的充分补缩，从而使铸件组织致密。由于铸件平均壁厚较薄，在确保铸件成型的前提下，为了降低金属液的吸气和收缩，减少铸件缩松缩孔、变形扭曲等缺陷，选择浇注温度为720℃。
(d)电机壳体的砂型铸型组型。
1)所有型芯、油路砂芯、冷铁、砂型均刷涂料并烘干，烘干温度为180℃，烘干时间为4h。
2)在下砂型中安装芯撑座及芯撑。
3)中砂型组装，按顺序装配中模、油路砂芯、主型芯、小型芯。芯撑由ZL101 做成，其作用是固定油路，为减重及排气需要在主型芯上设置中间孔，装完主型芯后检查电机壳体的壁厚。
4)上砂型采用人工造型增加冒口高度，并安装在中箱之上，增加排气通道，然后合箱，放置压铁。为防止油路砂芯在浇注过程中浮起来，压铁周围留出压板的位置，浇注开始前，需用压板压住油路砂芯，直到合金液在铸型中达到一半。
(e)电机壳体的清砂处理。
浇铸完成后，待铸型冷却，将砂型打碎，由于电机壳体出砂口较小，要先将电机壳体在热处理炉中加热，使型砂中的树脂汽化、蒸发、燃烧，从而砂颗粒互相脱离粘结，然后通过振动的方式清除大部分型砂，最后用高压水枪将铸件型腔中的剩余的砂粒通过壳体的进出油路口清理出，即可获得ZL101油冷电机壳体铸件(见图5)。
实施例2。ZL101水冷电机壳体的铸造工艺具体步骤如下：
(a)SLS选择性激光烧结打印砂芯。
1)将2250g原砂、90g粘结剂(酚醛树脂)、18g固化剂(乌洛托品)、13.5g添加剂 (硬脂酸钙)等制作成SLS选择性激光烧结所使用的覆膜砂。
2)绘制出符合水路砂芯规格的CAD三维实体模型，将其转换成STL格式文件，同时把三维实体模型进行网格划分，并做分层处理。
3)通过Power RP软件控制成型系统辊筒进行铺粉，其粉层的厚度对应CAD三维实体模型切片层的厚度，然后将覆膜砂压实，并利用加热管将覆膜砂加热到200℃。
4)逐层地添加覆膜砂粒并按砂芯的形状进行激光烧结，直至完成水路砂芯的三维实体，然后去掉表层多余的砂粒，再进行打磨、烘干、保温固化处理，获得水路砂芯。
5)成型件全部烧结完成后，去掉表层多余的砂粒，再进行打磨、烘干、保温固化处理，获得成水路砂芯。
3D激光打印机激光器的激光功率为15W，激光束扫描速度为2100mm/s，扫描线宽0.1mm，覆膜砂每层厚度为0.2mm，成型温度200℃。
(b)自熔融铝合金芯撑和芯座的设计。
设计的芯座为圆环形，沿圆周分布有12个圆孔作为芯撑的定位槽，用来安放芯撑。芯撑上半部分圆柱需插入水路砂芯下端预留的圆孔中，其圆柱的直径和高度与打印砂芯时水路下端预留的圆孔尺寸相配合。芯撑的下半部分圆柱需要插入到芯座中，并起到支撑整个砂芯的作用。
(c)电机壳体浇铸工艺的设计。
根据ZL101铝合金特性及铸件结构特点，直浇道采用蛇形浇道，使液流平稳，从而减少冲击和紊流的产生，内浇道采用缝隙式浇注，可以使铸件上部温度比下部温度高100℃，保证自下而上的凝固顺序，同时在凝固过程中铸件可以得到上部冒口的充分补缩，从而使铸件组织致密。由于铸件平均壁厚较薄，在确保铸件成型的前提下，为了降低金属液的吸气和收缩，减少铸件缩松缩孔、变形扭曲等缺陷，选择浇注温度为 720℃。
(d)电机壳体的砂型铸型组型。
1)所有型芯、水路砂芯、冷铁、砂型均刷涂料并烘干，烘干温度为180℃，烘干时间为4h。
2)在下砂型中安装芯撑座及芯撑。
3)中砂型组装，按顺序装配中模、水路砂芯、主型芯、小型芯。装完主型芯后需要检查电机壳体的壁厚。
4)上砂型采用人工造型增加冒口高度，并安装在中箱之上。
(e)电机壳体的清砂处理。
浇铸完成后，待铸型冷却，将砂型打碎，清除多余型砂，即可获得ZL101水冷电机壳体铸铸件(见图6)。
实施例3。ZL102油冷电机壳体的铸造工艺具体步骤如下：
(a)SLS选择性激光烧结打印砂芯。
1)将2250g原砂、90g粘结剂(酚醛树脂)、18g固化剂(乌洛托品)、13.5g添加剂(硬脂酸钙)等制作成SLS选择性激光烧结所使用的覆膜砂。
2)绘制出符合油路砂芯规格的CAD三维实体模型，将其转换成STL格式文件，同时把三维实体模型进行网格划分，并做分层处理。
3)通过Power RP软件控制成型系统辊筒进行铺粉，其粉层的厚度对应CAD三维实体模型切片层的厚度，然后将覆膜砂压实，并利用加热管将覆膜砂加热到200℃。
4)逐层地添加覆膜砂粒并按油路砂芯的形状进行激光烧结，直至完成油路砂芯的三维实体，然后去掉表层多余的砂粒，再进行打磨、烘干、保温固化处理，获得成油路砂芯。
5)成型件全部烧结完成后，去掉表层多余的砂粒，再进行打磨、烘干、保温固化处理，获得油路砂芯。
3D激光打印机激光器的激光功率为15W，激光束扫描速度为2100mm/s，扫描线宽0.1mm，覆膜砂每层厚度为0.2mm，成型温度200℃。
(b)自熔融铝合金芯撑和芯座的设计。
设计的芯座为圆环形，沿圆周分布有12个圆孔作为芯撑的定位槽，用来安放芯撑。芯撑上半部分圆柱需插入油路砂芯下端预留的圆孔中，其圆柱的直径和高度与打印砂芯时油路下端预留的圆孔尺寸相配合。芯撑的下半部分圆柱需要插入到芯座中，并起到支撑整个砂芯的作用。圆台与下圆柱之间的圆柱可以保证自熔融芯撑与铸件本体熔合良好，若有个别自熔融芯撑与铸件本体熔合情况不好，可以通过氩弧焊焊接来补修完整。
(c)电机壳体浇铸工艺的设计。
根据ZL102铝合金特性及铸件结构特点，直浇道采用蛇形浇道，使液流平稳，从而减少冲击和紊流的产生，内浇道采用缝隙式浇注，可以使铸件上部温度比下部温度高100℃，保证自下而上的凝固顺序，同时在凝固过程中铸件可以得到上部冒口的充分补缩，从而使铸件组织致密。由于铸件平均壁厚较薄，在确保铸件成型的前提下，为了降低金属液的吸气和收缩，减少铸件缩松缩孔、变形扭曲等缺陷，选择浇注温度为715℃。
(d)电机壳体的砂型铸型组型。
1)所有型芯、油路砂芯、冷铁、砂型均刷涂料并烘干，烘干温度为180℃，烘干时间为4h。
2)在下砂型中安装芯撑座及芯撑。
3)中砂型组装，按顺序装配中模、油路砂芯、主型芯、小型芯。装完主型芯后需要检查电机壳体的壁厚。
4)上砂型采用人工造型增加冒口高度，并安装在中箱之上。
(e)电机壳体的清砂处理。
浇铸完成后，待铸型冷却，将砂型打碎，清除多余型砂，即可获得ZL102油冷电机壳体铸件(见图7)。

Claims (3)

1.一种复杂型腔电机壳体的铸造工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、按照质量比为原砂： 酚醛树脂： 乌洛托品： 硬脂酸钙＝500 ： 20 ： 4 ： 3制作成激光烧结用覆膜砂，采用SLS选择性激光烧结打印油路或水路砂芯；3D激光打印机激光器的激光功率为15W，激光束扫描速度为2100mm/s，扫描线宽0.1mm，覆膜砂每层厚度为0.2mm，成型温度200℃；
步骤二、设计自熔融铝合金芯撑和芯座；
芯座为圆环形，沿圆周分布有12个圆孔作为芯撑的定位槽，用来安放芯撑；芯撑上半部分圆柱插入油路或水路砂芯下端预留的圆孔中，其圆柱的直径和高度与打印砂芯时油路或水路下端预留的圆孔尺寸相配合，用于定位砂芯；芯撑中间的圆台用于固定砂芯；芯撑的下半部分圆柱插入芯座中，并与芯座上的圆孔相配合，用于支撑整个砂芯；
步骤三、所有型芯、油路或水路砂芯、冷铁以及砂型均刷涂料并烘干，烘干温度为180℃，烘干时间为4h；
在下砂型中安装芯座及芯撑，中砂型按中模、油路或水路砂芯、主型芯和小型芯的顺序进行组装，其中，芯座和油路或水路砂芯间用12个沿圆周分布的芯撑定位和支撑；
上砂型通过采用人工造型增加冒口高度；
步骤四、组型完毕后进行合箱，并放置压铁，在715～720℃的合金液浇铸温度下进行浇注；
步骤五、浇铸完成后，待铸型冷却，将砂型打碎，清除多余型砂，得到复杂型腔电机壳体。
2.根据权利要求1所述的复杂型腔电机壳体的铸造工艺，其特征在于：所述芯撑和芯座与电机壳体的材料相同。
3.根据权利要求1所述的复杂型腔电机壳体的铸造工艺，其特征在于：所述芯撑、芯座和电机壳体的材料是铝合金。
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