CN110423855B - 一种汽车曲轴的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械铸件铸造技术领域，具体的说是一种汽车曲轴的铸造方法，该铸造方法采用的模箱包括沙箱，沙箱中装有砂型；砂型中设有型腔，型腔两端连通有一对浇铸孔，浇铸孔向上贯穿砂型后与外部大气连通；型腔上方的砂型中均匀开设有一组散热孔；型腔中设有与型腔形状配合的保温管，保温管两端贯穿砂型和沙箱后与循环的熔融铝连通；本发明通过对型腔中的保温管中充入循环的熔融铝液，保持保温管的温度，使得型腔中的曲轴毛坯中温度均匀下降，避免曲轴毛坯厚度突变部位因散热速度不同而造成的内部缩孔和缩孔的产生，同时减少曲轴毛坯因温度下降不均匀而引起的内部应力集中，影响曲轴毛坯质量。
Description
技术领域
本发明属于机械铸件铸造技术领域，具体的说是一种汽车曲轴的铸造方法。
背景技术
曲轴是发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。
球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁的综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。
汽车曲轴采用球墨铸铁进行铸造时，在浇铸完成后由于曲轴各部分厚薄不一，造成曲轴各部分冷却速度不同，容易在曲轴厚度突变的部位形成缩孔和缩松，降低曲轴去强度，同时使得曲轴内部应力集中，影响曲轴使用寿命。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决车曲轴采用球墨铸铁进行铸造时，在浇铸完成后由于曲轴各部分厚薄不一，造成曲轴各部分冷却速度不同，容易在曲轴厚度突变的部位形成缩孔和缩松，降低曲轴去强度，同时使得曲轴内部应力集中，影响曲轴使用寿命的问题，本发明提出的一种汽车曲轴的铸造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种汽车曲轴的铸造方法，包括如下步骤：
A.熔化炉料：将炉料放置在中频炉中熔炼，当中频炉中获得预定量的铁水后，采用增碳剂对铁水进行增碳处理；当五分之四的炉料被熔化后，加入锰铁、铜、硅铁，炉料全部熔化后获得铁水；
B.精炼铁水：其中精炼温度为1520℃～1550℃；三次孕育，包括：同时进行球化和第一次孕育处理，其中球化剂的重量为预定出铁水量的1.0～1.4％，包内加入的孕育剂的重量为预定出铁水量的0.3～0.8％；第二次孕育处理：当出铁水量是预定出铁水量的3/4时，随流孕育剂的重量为预定出铁水量的0.2～0.5％；以及第三次孕育处理：将铁水的渣清理干净后，过包加入孕育剂的重量为预定出铁水量的0.07～0.3％；
C.浇注：将孕育处理后的铁水浇入模箱中铸型，其中浇注温度为1380℃～1440℃；
D.开箱：浇注完成后25-50分钟内开箱取出铸件，将铸件冷却到自然状态，将砂子落掉，将披锋打磨清理掉；以及回火。
所述模箱包括砂箱，砂箱中装有砂型；所述砂型中设有型腔，型腔两端连通有一对浇铸孔，浇铸孔向上贯穿砂型后与外部大气连通；所述型腔上方的砂型中均匀开设有一组散热孔；所述型腔中设有与型腔形状配合的保温管，保温管两端贯穿砂型和砂箱后与循环的熔融铝连通；使用时，将融化的铁水从浇铸孔灌入型腔中，待型腔中充满铁水后，完成浇铸工作，然后对保温管中充入循环的熔融铝液，保持保温管的温度，使得型腔中的曲轴毛坯中温度均匀下降，避免曲轴毛坯厚度突变部位因散热速度不同而造成的内部缩孔和缩孔的产生，同时减少曲轴毛坯因温度下降不均匀而引起的内部应力集中，影响曲轴毛坯质量。
优选的，所述保温管位于型腔中曲轴壁厚较小的部位设有缓冲部，缓冲部直径大于保温管其它部位直径；由于缓冲部直径大于保温管其它部位的直径，使得熔融铝液流经缓冲部时流速降低，进一步提高缓冲部对应位置的曲轴毛坯的温度，进而使得曲轴毛坯厚度不同的部位降温速度基本相同，避免曲轴毛坯壁厚较薄的部位散热过快，影响曲轴毛坯的合格率。
优选的，所述砂型中与缓冲部对应位置设有反应室，反应室中装有铝粉与氧化铁粉末的混合物；铝粉与氧化铁反应放出热量对型腔壁厚突变处进行保温；当型腔中充满铁水时后，铁水通过砂型和砂箱的散热而温度逐渐降低，从而慢慢凝固，此时砂型内的较高的温度使得反应室中的铝粉和氧化铁粉末发生铝热反应，放出热量，对反应室对应位置的曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行加热，进一步防止曲轴毛坯壁厚较薄的部位散热过快，影响曲轴毛坯的合格率。
优选的，所述反应室中还装有珍珠岩，珍珠岩用于降低反应室中铝粉与氧化铁粉末的反应速度；通过反应室中珍珠岩与铝粉和氧化铁粉末的混合，可以降低铝粉与氧化铁粉末的纯度，进而降低铝热反应速度，增加反应室中铝热反应的时间，延长反应室产生热量的时间，进一步对曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行保温，减少曲轴毛坯中缩孔和缩松的产生，提高曲轴毛坯的质量。
优选的，所述反应室远离型腔的一侧设有一号腔和二号腔，其中：一号腔中装有铝粉，二号腔中装有氧化铁粉末；所述一号腔与二号腔通过隔板隔开，隔板上均匀开设有一组通孔，隔板用于降低铝粉与氧化铁粉末的反应速度；通过隔板与通孔的配合，进一步减少一号腔中铝粉和二号腔中氧化铁粉末的接触面积，当一号腔中靠近隔板一侧的铝粉与二号腔中的铁粉发生反应后融化，使得一号腔远离隔板一侧的铝粉缓慢流向隔板方向，继续参与氧化铁的反应，进一步降低铝粉一氧化铁的反应速率，延长铝热反应的发热时间，进一步对曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行保温，使得曲轴毛坯各部位散热速度均匀，提高曲轴毛坯的质量。
优选的，所述一号腔远离反应室的一侧设有三号腔，三号腔中装有炭块；所述三号腔远离一号腔的一侧开设有一组通气孔，通气孔直径为0.2mm；直径较小的通气孔可以减缓炭块的燃烧速度；当一号腔中的铝粉与二号腔中的氧化铁反应时，产生的热量引燃三号腔中的炭块，使得铝粉与氧化铁反应结束后炭块燃烧时继续提供热量，保证曲轴毛坯各部位散热速度均匀；同时，由于三号腔与外界通过直径较小的通气孔连通，进一步降低三号腔中的氧气供应速度，进而降低炭块的燃烧速度，延长三号腔对曲轴毛坯的保温时将，进一步提高曲轴毛坯的质量。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种汽车曲轴的铸造方法，通过对型腔中的保温管中充入循环的熔融铝液，保持保温管的温度，使得型腔中的曲轴毛坯中温度均匀下降，避免曲轴毛坯厚度突变部位因散热速度不同而造成的内部缩孔和缩孔的产生，同时减少曲轴毛坯因温度下降不均匀而引起的内部应力集中，影响曲轴毛坯质量。
2.本发明所述的一种汽车曲轴的铸造方法，通过熔融铝液流经缓冲部时流速降低，进一步提高缓冲部对应位置的曲轴毛坯的温度，进而使得曲轴毛坯厚度不同的部位降温速度基本相同，避免曲轴毛坯壁厚较薄的部位散热过快，影响曲轴毛坯的合格率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明所采用模箱的立体图；
图3是本发明所采用模箱的剖视图；
图4是图3中A处局部放大图；
图5是本发明所采用模箱中反应室的结构图；
图中：砂箱1、砂型11、型腔12、浇铸孔13、散热孔14、保温管15、缓冲部16、反应室2、一号腔21、二号腔22、隔板23、通孔24、三号腔25、通气孔26。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图5所示，本发明所述的一种汽车曲轴的铸造方法，包括如下步骤：
A.熔化炉料：将炉料放置在中频炉中熔炼，当中频炉中获得预定量的铁水后，采用增碳剂对铁水进行增碳处理；当五分之四的炉料被熔化后，加入锰铁、铜、硅铁，炉料全部熔化后获得铁水；
B.精炼铁水：其中精炼温度为1520℃～1550℃；三次孕育，包括：同时进行球化和第一次孕育处理，其中球化剂的重量为预定出铁水量的1.0～1.4％，包内加入的孕育剂的重量为预定出铁水量的0.3～0.8％；第二次孕育处理：当出铁水量是预定出铁水量的3/4时，随流孕育剂的重量为预定出铁水量的0.2～0.5％；以及第三次孕育处理：将铁水的渣清理干净后，过包加入孕育剂的重量为预定出铁水量的0.07～0.3％；
C.浇注：将孕育处理后的铁水浇入模箱中铸型，其中浇注温度为1380℃～1440℃；
D.开箱：浇注完成后25-50分钟内开箱取出铸件，将铸件冷却到自然状态，将砂子落掉，将披锋打磨清理掉；以及回火。
所述模箱包括砂箱1，砂箱1中装有砂型11；所述砂型11中设有型腔12，型腔12两端连通有一对浇铸孔13，浇铸孔13向上贯穿砂型11后与外部大气连通；所述型腔12上方的砂型11中均匀开设有一组散热孔14；所述型腔12中设有与型腔12形状配合的保温管15，保温管15两端贯穿砂型11和砂箱1后与循环的熔融铝连通；使用时，将融化的铁水从浇铸孔13灌入型腔12中，待型腔12中充满铁水后，完成浇铸工作，然后对保温管15中充入循环的熔融铝液，保持保温管15的温度，使得型腔12中的曲轴毛坯中温度均匀下降，避免曲轴毛坯厚度突变部位因散热速度不同而造成的内部缩孔和缩孔的产生，同时减少曲轴毛坯因温度下降不均匀而引起的内部应力集中，影响曲轴毛坯质量。
作为本发明的一种实施方式，所述保温管15位于型腔12中曲轴壁厚较小的部位设有缓冲部16，缓冲部16直径大于保温管15其它部位直径；由于缓冲部16直径大于保温管15其它部位的直径，使得熔融铝液流经缓冲部16时流速降低，进一步提高缓冲部16对应位置的曲轴毛坯的温度，进而使得曲轴毛坯厚度不同的部位降温速度基本相同，避免曲轴毛坯壁厚较薄的部位散热过快，影响曲轴毛坯的合格率。
作为本发明的一种实施方式，所述砂型11中与缓冲部16对应位置设有反应室2，反应室2中装有铝粉与氧化铁粉末的混合物；铝粉与氧化铁反应放出热量对型腔12壁厚突变处进行保温；当型腔12中充满铁水时后，铁水通过砂型11和砂箱1的散热而温度逐渐降低，从而慢慢凝固，此时砂型11内的较高的温度使得反应室2中的铝粉和氧化铁粉末发生铝热反应，放出热量，对反应室2对应位置的曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行加热，进一步防止曲轴毛坯壁厚较薄的部位散热过快，影响曲轴毛坯的合格率。
作为本发明的一种实施方式，所述反应室2中还装有珍珠岩，珍珠岩用于降低反应室2中铝粉与氧化铁粉末的反应速度；通过反应室2中珍珠岩与铝粉和氧化铁粉末的混合，可以降低铝粉与氧化铁粉末的纯度，进而降低铝热反应速度，增加反应室2中铝热反应的时间，延长反应室2产生热量的时间，进一步对曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行保温，减少曲轴毛坯中缩孔和缩松的产生，提高曲轴毛坯的质量。
作为本发明的一种实施方式，所述反应室2远离型腔12的一侧设有一号腔21和二号腔22，其中：一号腔21中装有铝粉，二号腔22中装有氧化铁粉末；所述一号腔21与二号腔22通过隔板23隔开，隔板23上均匀开设有一组通孔24，隔板23用于降低铝粉与氧化铁粉末的反应速度；通过隔板23与通孔24的配合，进一步减少一号腔21中铝粉和二号腔22中氧化铁粉末的接触面积，当一号腔21中靠近隔板23一侧的铝粉与二号腔22中的铁粉发生反应后融化，使得一号腔21远离隔板23一侧的铝粉缓慢流向隔板23方向，继续参与氧化铁的反应，进一步降低铝粉一氧化铁的反应速率，延长铝热反应的发热时间，进一步对曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行保温，使得曲轴毛坯各部位散热速度均匀，提高曲轴毛坯的质量。
作为本发明的一种实施方式，所述一号腔21远离反应室2的一侧设有三号腔25，三号腔25中装有炭块；所述三号腔25远离一号腔21的一侧开设有一组通气孔26，通气孔26直径为0.2mm；直径较小的通气孔26可以减缓炭块的燃烧速度；当一号腔21中的铝粉与二号腔22中的氧化铁反应时，产生的热量引燃三号腔25中的炭块，使得铝粉与氧化铁反应结束后炭块燃烧时继续提供热量，保证曲轴毛坯各部位散热速度均匀；同时，由于三号腔25与外界通过直径较小的通气孔26连通，进一步降低三号腔25中的氧气供应速度，进而降低炭块的燃烧速度，延长三号腔25对曲轴毛坯的保温时将，进一步提高曲轴毛坯的质量。
使用时，将融化的铁水从浇铸孔13灌入型腔12中，待型腔12中充满铁水后，完成浇铸工作，然后对保温管15中充入循环的熔融铝液，保持保温管15的温度，使得型腔12中的曲轴毛坯中温度均匀下降，避免曲轴毛坯厚度突变部位因散热速度不同而造成的内部缩孔和缩孔的产生，同时减少曲轴毛坯因温度下降不均匀而引起的内部应力集中，影响曲轴毛坯质量；由于缓冲部16直径大于保温管15其它部位的直径，使得熔融铝液流经缓冲部16时流速降低，进一步提高缓冲部16对应位置的曲轴毛坯的温度，进而使得曲轴毛坯厚度不同的部位降温速度基本相同，避免曲轴毛坯壁厚较薄的部位散热过快，影响曲轴毛坯的合格率；当型腔12中充满铁水时后，铁水通过砂型11和砂箱1的散热而温度逐渐降低，从而慢慢凝固，此时砂型11内的较高的温度使得反应室2中的铝粉和氧化铁粉末发生铝热反应，放出热量，对反应室2对应位置的曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行加热，进一步防止曲轴毛坯壁厚较薄的部位散热过快，影响曲轴毛坯的合格率；通过反应室2中珍珠岩与铝粉和氧化铁粉末的混合，可以降低铝粉与氧化铁粉末的纯度，进而降低铝热反应速度，增加反应室2中铝热反应的时间，延长反应室2产生热量的时间，进一步对曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行保温，减少曲轴毛坯中缩孔和缩松的产生，提高曲轴毛坯的质量；通过隔板23与通孔24的配合，进一步减少一号腔21中铝粉和二号腔22中氧化铁粉末的接触面积，当一号腔21中靠近隔板23一侧的铝粉与二号腔22中的铁粉发生反应后融化，使得一号腔21远离隔板23一侧的铝粉缓慢流向隔板23方向，继续参与氧化铁的反应，进一步降低铝粉一氧化铁的反应速率，延长铝热反应的发热时间，进一步对曲轴毛坯壁厚较薄的部位进行保温，使得曲轴毛坯各部位散热速度均匀，提高曲轴毛坯的质量；当一号腔21中的铝粉与二号腔22中的氧化铁反应时，产生的热量引燃三号腔25中的炭块，使得铝粉与氧化铁反应结束后炭块燃烧时继续提供热量，保证曲轴毛坯各部位散热速度均匀；同时，由于三号腔25与外界通过直径较小的通气孔26连通，进一步降低三号腔25中的氧气供应速度，进而降低炭块的燃烧速度，延长三号腔25对曲轴毛坯的保温时将，进一步提高曲轴毛坯的质量。
上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图2为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种汽车曲轴的铸造方法，其特征在于：包括如下步骤：
A.熔化炉料：将炉料放置在中频炉中熔炼，当中频炉中获得预定量的铁水后，采用增碳剂对铁水进行增碳处理；当五分之四的炉料被熔化后，加入锰铁、铜、硅铁，炉料全部熔化后获得铁水；
B.精炼铁水：其中精炼温度为1520℃～1550℃；三次孕育，包括：同时进行球化和第一次孕育处理，其中球化剂的重量为预定出铁水量的1.0～1.4％，包内加入的孕育剂的重量为预定出铁水量的0.3～0.8％；第二次孕育处理：当出铁水量是预定出铁水量的3/4时，随流孕育剂的重量为预定出铁水量的0.2～0.5％；以及第三次孕育处理：将铁水的渣清理干净后，过包加入孕育剂的重量为预定出铁水量的0.07～0.3％；
C.浇注：将孕育处理后的铁水浇入模箱中铸型，其中浇注温度为1380℃～1440℃；
D.开箱：浇注完成后25-50分钟内开箱取出铸件，将铸件冷却到自然状态，将砂子落掉，将披锋打磨清理掉；以及回火；
所述模箱包括砂箱(1)，砂箱(1)中装有砂型(11)；所述砂型(11)中设有型腔(12)，型腔(12)两端连通有一对浇铸孔(13)，浇铸孔(13)向上贯穿砂型(11)后与外部大气连通；所述型腔(12)上方的砂型(11)中均匀开设有一组散热孔(14)；所述型腔(12)中设有与型腔(12)形状配合的保温管(15)，保温管(15)两端贯穿砂型(11)和砂箱(1)后与循环的熔融铝连通；
所述保温管(15)位于型腔(12)中曲轴壁厚较小的部位设有缓冲部(16)，缓冲部(16)直径大于保温管(15)其它部位直径；
所述砂型(11)中与缓冲部(16)对应位置设有反应室(2)，反应室(2)中装有铝粉与氧化铁粉末的混合物；铝粉与氧化铁反应放出热量对型腔(12)壁厚突变处进行保温；
所述反应室(2)中还装有珍珠岩，珍珠岩用于降低反应室(2)中铝粉与氧化铁粉末的反应速度；
所述反应室(2)远离型腔(12)的一侧设有一号腔(21)和二号腔(22)，其中：一号腔(21)中装有铝粉，二号腔(22)中装有氧化铁粉末；所述一号腔(21)与二号腔(22)通过隔板(23)隔开，隔板(23)上均匀开设有一组通孔(24)，隔板(23)用于降低铝粉与氧化铁粉末的反应速度；所述一号腔(21)与二号腔(22)通过一号孔与反应室(2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种汽车曲轴的铸造方法，其特征在于：所述一号腔(21)远离反应室(2)的一侧设有三号腔(25)，三号腔(25)中装有炭块；所述三号腔(25)远离一号腔(21)的一侧开设有一组通气孔(26)，通气孔(26)直径为0.2mm；直径较小的通气孔(26)可以减缓炭块的燃烧速度。
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Legal Events
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20210114 Address after: 265600 Xiaomenjia Town Industrial Park, Penglai City, Yantai City, Shandong Province (West of lvjiawa Village) Applicant after: Penglai Sanhe Casting Co.,Ltd. Address before: No.2, Southeast University Road, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant before: Zhu Jinyi |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A Casting Method for Automobile Crankshafts Effective date of registration: 20230425 Granted publication date: 20210129 Pledgee: Penglai Minsheng Rural Bank Co.,Ltd. Pledgor: Penglai Sanhe Casting Co.,Ltd. Registration number: Y2023980038983 |