CN110947937A - 铝合金缸盖的砂模组芯重力倾转铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铝合金缸盖的砂模组芯重力倾转铸造方法，具体地，缸盖铸件所需外模全部采用砂模，砂芯中局部埋放冷铁，用于铸件局部的激冷；将组合好的砂模整体放入直角金属框架内，并安放至倾转装置中；使砂模的浇口杯一侧朝上，再将金属液浇入砂模中的浇口杯内；紧接着，通过倾转装置进行人工手动翻转砂模进行倾转浇注，随着砂模的翻转，铝合金液流入砂模内部的铸件型腔直至完全充满，待铸件凝固并自然冷却至室温；最后，将砂模从金属框架中取出后，通过震动落砂、去掉浇冒口和毛刺，得到合格的缸盖铸件。该方法利用重力倾转铸造充型平稳的特点，实现底铸式充型的原理，减少铝合金液达到型腔产生的落差。

Description

铝合金缸盖的砂模组芯重力倾转铸造方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金铸造技术，特别涉及铝合金缸盖的砂模组芯重力倾转铸造方法。

背景技术

汽车发动机缸盖结构复杂，含有包括进排气道、油道、水套在内的多个型腔，各腔不允许存在渗漏，壁厚较薄且壁厚分布不均，铸造难度大。目前现有发动机铝合金缸盖的生产大多采用半金属型重力铸造，进料方式为底注式或者顶注式单侧进料。近些年，也有采用半金属型倾转浇注和低压浇注的生产工艺。以上这些工艺对铸造设备及自动化要求非常高，模具制作周期长、费用大，设备投入较大。至今，还没有自行设计及应用的铝合金缸盖的砂型组芯重力倾转浇注工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决铸造设备及自动化要求非常高，模具制作周期长、费用大，设备投入较大的难题；从而提供一种应用3D打印技术集成制造内部砂芯，砂模组芯造型的铸造成型方式，采用重力倾转浇注的充型方式。

本发明通过如下技术方案实现：

铝合金缸盖的砂模组芯重力倾转铸造方法，具体步骤如下：

首先，缸盖铸件所需外模全部采用砂模，铸件内部复杂砂芯通过3D打印进行集成化制造，砂芯中局部埋放冷铁(一般为燃烧室位置)，用于铸件局部的激冷；接着，将组合好的砂模整体放入直角金属框架内，并安放至倾转装置中；然后，通过倾转装置将砂模倾转至90～180度，使砂模的浇口杯一侧朝上，再将金属液浇入砂模中的浇口杯内；紧接着，通过倾转装置进行人工手动翻转砂模进行倾转浇注，随着砂模的翻转，铝合金液流入砂模内部的铸件型腔直至完全充满，待铸件凝固并自然冷却至室温；最后，将砂模从金属框架中取出后，通过震动落砂、去掉浇冒口和毛刺，得到合格的缸盖铸件。

进一步地，所述倾转浇注的过程如下：先调整倾转装置，使砂模内的浇口杯顶面朝上，将倾转装置锁死，然后将金属液平稳倒入浇口杯，控制倾转装置按预定方向和速度进行旋转，直至砂模旋转至预定角度，此时金属液将砂模内的型腔完全充满，然后将翻转机构锁死，目的是保持砂模静止，直至砂模中的铸件凝固完成，形成最终缸盖铸件。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

相比于铝合金缸盖的重力铸造工艺，采用本发明后，利用重力倾转铸造充型平稳的特点，实现底铸式充型的原理，减少铝合金液达到型腔产生的落差。于此同时，由于浇口杯内的铝合金液是先流经冒口型腔的位置然后再进入铸件型腔，从而使冒口温度相对较高，且铸造浇注系统型腔随砂模完全倾转完成以后，使冒口刚好位于铸件上部，因此该发明可以同时具有顶注式浇注的理想温度场，有利于缸盖铸件的顺序凝固，从而利于铸件的补缩。

相比于铝合金缸盖的金属型重力倾转工艺，本发明具有以下优点：

1、模具低成本，产品开发周期短，不用采用金属型的复杂模具及芯盒进行内部砂芯和外部砂模的制造，并可以大大降低开发成本。2、制芯工艺灵活。在产品前期开发试制过程中，可以采用3D打印技术进行复杂砂芯的制造，便于更改产品结构。同时，由于侧模采用砂模，复杂形状可以通过组芯或者3D打印的方式实现，因此对于拔模方向不再有严格的限制，可以实现外轮廓更加复杂的铝合金缸盖铸件的生产。3、不用采用复杂的生产线及设备，对铸造车间的设备依赖度低。4、采用砂模组芯工艺，可以在铸件外壁的任何位置设置冷铁进行局部激冷，来满足铸件的局部激冷，也可以通过侧冒口实现铸件的局部补缩。因此，工艺更加灵活，有利于保证缸盖铸件的组织致密性。5、由于铸造过程中，砂芯内会有气体挥发进入型腔及型腔内铝合金液的内部。金属型倾转铸造工艺不利于排气。而采用砂模组芯倾转铸造工艺，可以将内部砂芯设计成中空并预留排气道，有利于排气。降低了铝合金缸盖铸件出现气孔缺陷的倾向，提升铸件内部质量。6、砂模组芯重力倾转铸造工艺由于整体为砂模，导热系数低，铝合金液在型腔中降温更慢，可以适当降低浇注温度，从而降低铸件收缩倾向，并且由于整体砂模冷却更均匀，并且打箱时间晚，铸件变形倾向和残余应力更小。

附图说明

图1为本发明的3D打压技术集成化制作复杂砂芯的示意图；

图2为本发明的进排气道和燃烧室位置的示意图；

图3为砂模装入直角钢框架后的示意图；

图4为本发明的倾转装置的示意图；

图中：集成化3D打印砂芯的水套部分1、集成化3D打印砂芯的油道部分2、集成化3D打印砂芯的进、进、排气道芯3，集成化3D打印砂芯的侧方砂模4，缸盖5、冒口6、浇口杯内部7、燃烧室位置8、缸盖底面9、随型冷铁10、浇口杯顶部11、直角钢框架12、钢结构倾转台13、倾转装置14、砂模15。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

本发明铝合金缸盖的砂模组芯重力倾转铸造工艺，具体步骤如下：首先，根据缸盖5内部结构进行砂芯的集成化设，计并利用3D打印进行制作。其中，油道芯2和水套芯1可以集成到一起；进、排气道芯3和外轮廓芯(侧方砂模)4进行集成化3D打印制芯，也可通过芯盒手工造型形成，为了保证缸盖底面9上的燃烧室位置8的尺寸精度和组织要求，将缸盖底面砂模的燃烧室位置8的成型部分做随型冷铁10；接着，然后将各部分砂模15手工组装形成整体。再将砂模整体放入直角钢框架12内。直角钢框架12之间的装配采用螺栓连接；然后，将砂模随直角钢框架12放入倾转台13。倾转台可由两名工人手动控制倾转机构14来实现砂模15在倾转台13内的转动。待铝合金液准备就绪就可以进行浇注。

倾转浇注的过程如下：先调整倾转装置14，使砂模15内的浇口杯顶部11朝上，然后将倾转装置14锁死。然后将金属液平稳倒入浇口杯7，然后控制倾转装置14按预定方向和速度进行旋转，直至砂模15旋转至预定角度，此时金属液会将砂模内的型腔完全充满，然后立即将倾转装置14锁死，目的是保持砂模静止，直至砂模中的铸件凝固完成，形成最终缸盖铸件。

其中，砂模根据截止周期和供货数量的不同，造型工艺可以灵活处理，可以采取可加工塑料模具手工造型的方式实现小批量试制，也可采取冷芯机的大批量试制，如果只做样件开发，也可砂模整体都采用3D打印制芯。倾转台13的倾转装置14可以采用简易的人工倾转方式，也可根据具体需求采用自动化控制的气动倾转装置。

采用砂模组芯重力倾转铸造工艺的缸盖生产工艺，由于砂模的导热不及金属型，砂模工艺的铸件铸造过程的温度场和凝固顺序会与金属模不同，不能直接套用金属模工艺的浇注系统设计，所以采用该工艺之前需要借助计算机模拟仿真技术对铸造过程进行分析，制定合理的浇注系统、冒口、冷铁等铸造工艺方案。

由于砂模的导入率低于金属型，需要在铸件的关键部位使用冷铁对铸件进行局部激冷，实现补缩并提升冷却速度，以提升关键部位的组织致密性，并通过更加严格的铝合金精炼和热处理工艺提升铝合金缸盖铸件的力学性能。

由于整个缸盖的铸型均采用砂模，金属液流入型腔后的降温速度慢，所以该工艺技术可以采用更加缓慢的倾转速度，可以使充型更加平稳。同时，由于整体砂模，缸盖各部位冷却速度更加均衡，并且砂芯有一定退让性，加之打箱时间延长，可以使缸盖凝固和冷却过程产生的残余应力更小。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (2)

1.铝合金缸盖的砂模组芯重力倾转铸造方法，其特征在于，具体步骤如下：首先，缸盖铸件所需外模全部采用砂模，铸件内部复杂砂芯通过3D打印进行集成化制造，砂芯中局部埋放冷铁，用于铸件局部的激冷；接着，将组合好的砂模整体放入直角金属框架内，并安放至倾转装置中；然后，通过倾转装置将砂模倾转至90～180度，使砂模的浇口杯一侧朝上，再将金属液浇入砂模中的浇口杯内；紧接着，通过倾转装置进行人工手动翻转砂模进行倾转浇注，随着砂模的翻转，铝合金液流入砂模内部的铸件型腔直至完全充满，待铸件凝固并自然冷却至室温；最后，将砂模从金属框架中取出后，通过震动落砂、去掉浇冒口和毛刺，得到合格的缸盖铸件。

2.如权利要求1所述的铝合金缸盖的砂模组芯重力倾转铸造方法，其特征在于，所述倾转浇注的过程如下：先调整倾转装置，使砂模内的浇口杯顶面朝上，将倾转装置锁死，然后将金属液平稳倒入浇口杯，控制倾转装置按预定方向和速度进行旋转，直至砂模旋转至预定角度，此时金属液将砂模内的型腔完全充满，然后将翻转机构锁死，目的是保持砂模静止，直至砂模中的铸件凝固完成，形成最终缸盖铸件。

Images