CN117773059A - 一种缸盖的裸浇铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种缸盖的裸浇铸造工艺，属于铸造工艺技术领域。所述工艺包括：1、数模转换；2、设计浇冒系统及冷铁排布：将产品厚大结构及相对重要加工面置于工艺下箱，选用开放式底注浇注系统；3、分型面及上、下砂型的确定及制芯方案的确定：确定分型面在铸件最大轮廓位置曲面分型，采用阶梯式定位上、下砂型；水道砂芯使用热芯盒制芯，其余砂芯使用冷芯方案制芯；步骤四、绘制工艺图纸及文件；步骤五、芯盒制作；步骤六、制芯；步骤七、砂芯组合；步骤八、熔炼、浇注；步骤九、清砂、检验。本发明采用无砂箱生产，减少了模具投入数量，降低了和管理生产成本，提高了生产效率，保证了铸件尺寸精度和表面粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及一种缸盖铸造工艺，属于铸造工艺技术领域。
背景技术
缸盖是发动机重要零部件之一，其作用是密封气缸，与活塞共同形成燃烧空间，并承受高温高压燃气的作用。缸盖承受气体力和紧固气缸螺栓所造成的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷。
目前发动机缸盖铸造的常规方法是将木模型或金属模型置入砂箱，通过砂箱+模型的方案进行生产，此种生产方式存在的主要技术问题包括：
1、缸盖生产时每件产品需要2个砂箱，砂箱在缸盖铸件打箱结束后方可重复再次使用，故在大批量生产时，需要大量的砂箱及砂箱存放空间及砂箱管理、专用成本。
2、因通过模具+人工紧实树脂砂，砂箱、芯盒中的砂会受人的因素，导致砂不紧实，致使生产的铸件表面多肉、粗糙、砂芯尺寸超差。在砂箱中的砂不紧实时，还存在砂型不能抵抗铁水凝固时石墨化膨胀带来的压力，带来铸件局部外涨，引起铸件尺寸不良。
3、因传统树脂砂生产缸盖时砂芯固化时间一般长达2-4小时，为了满足大批量生产则需要投入大量模具。
发明内容
本发明旨在解决上述提到的各种问题，进而提供一种缸盖的裸浇铸造工艺。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种缸盖的裸浇铸造工艺，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤一、数模转换
使用三维建模软件将产品二维图纸转换成产品三维数模，再将转换好的产品三维数模与产品二维图纸进行1:1视图对比，确认各视图尺寸形状与图纸完全一致。
步骤二、设计浇冒系统及冷铁排布
分析产品结构，将产品厚大结构及相对重要加工面置于工艺下箱，进一步根据铸造工艺设计中冒口设计的基本原则以及同类产品设计经验设置补缩冒口及排气冒口的位置；
为保证金属液流动稳定，选用直浇道：横浇道：内浇口比例为1:(1.2-2):(1.2-2)的开放式底注浇注系统；
使用铸造仿真软件模拟金属液充型及凝固过程，并根据模拟结果调整冒口、冷铁的位置及尺寸，进一步循环模拟及调整过程直至模拟结果满足产品质量要求。
步骤三、分型面及上、下砂型的确定及制芯方案的确定
确定分型面在铸件最大轮廓位置曲面分型，采用阶梯式定位上、下砂型；
水道砂芯使用热芯盒制芯，其余的上砂型、下砂型、进气道砂芯、排气道砂芯、回油道砂芯使用冷芯方案制芯；
确定冷芯盒中的上砂型、下砂型的吃砂量，保证能够满足裸浇方案实施；
设计固定上砂型、下砂型的紧固点。
步骤四、绘制工艺图纸及文件
基于步骤二和步骤三确定好的设计方案绘制工艺图纸及文件。
步骤五、芯盒制作
制作冷芯盒模具和热芯盒模具，在易发生固化不良位置增加排气塞。
步骤六、制芯
将热芯盒放置到热芯机中生产水道砂芯，热芯制芯温度为220℃±5，保证砂芯固化合格；
将冷芯盒放置到冷芯机中生产上砂型、下砂型、进气道砂芯、排气道砂芯、回油道砂芯；
生产完成的上砂型、下砂型及各种砂芯浸涂水基涂料，控制波美度25-30°Be，烘干后干涂料层厚度控制在0.25-0.35mm，确保砂芯抗粘砂性，提高铸件表面质量。
步骤七、砂芯组合
将上砂型、下砂型、进气道砂芯、排气道砂芯、回油道砂芯、水道砂芯按照设计好的顺序进行组装，确认各砂芯间间隙配合合理，处理排气通道及发热冒口，最后使用螺栓将上砂型、下砂型紧固。
步骤八、熔炼、浇注
将符合产品要求的金属液经浇口杯流入芯包型腔中，直至冒口充满金属液即完成浇注；
步骤九、清砂、检验
待金属液完全凝固且表面温度适宜时即形成产品铸件，将芯包破坏分离砂芯取出铸件；
进行粗清工序去除多余浇冒系统及芯包间隙形成的皮缝；
转热处理工序进行退火处理，转抛丸工序去除表面杂质，转精清工序进行细致化表面处理，转检验工序测量铸件尺寸及外观，同时进行产品铸件的理化检测。
进一步地，步骤三中，所述上、下砂型的定位高度20mm，斜度10°，配合间隙0.7mm。
进一步地，步骤五中，芯盒模具使用面采用表面粗糙度Ra12.5的P20模具钢。
进一步地，步骤六中，所述上、下砂型的砂芯中加入相对于砂重0.8-1.0%的聚异氰酸脂和0.8-1.0%的聚苄醚酚醛树脂；所述进气道砂芯、排气道砂芯和回油道砂芯中加入相对于砂重0.4-0.5%的有机材料抗脉纹剂、0.8-1.0%的聚异氰酸脂和0.8-1.0%的聚苄醚酚醛树脂，以此保证砂芯抗拉强度≥1.0MPa，用此方案控制铸型避免发生脉纹情况，进一步保证得到优良的铸件表面质量。
进一步地，步骤八中，浇注温度1390-1420℃，浇注时间12-16s。
本发明的一种缸盖的裸浇铸造工艺，通过采用冷芯制作成型的上、下砂型来替代传统砂箱，突破了传统使用砂箱方案生产缸盖工艺手段，一方面减少了模具投入数量，降低了和管理生产成本，提高了生产效率，满足了产品大批量生产的需求；另一方面在舍弃砂箱工装的基础上结合一些重要工艺条件控制，保证了铸件尺寸精度和表面粗糙度。
附图说明
图1：上砂型和下砂型装配结构示意图；
图2：下砂型及内部砂芯结构示意图；
图3：进气道砂芯结构示意图；
图4：排气道砂芯结构示意图；
图5：水道砂芯结构示意图；
图6：回油道砂芯结构示意图；
在图中，1、下砂型，2、进气道砂芯，3、回油道砂芯，4、水道砂芯，5、排气道砂芯，6、上砂型，7、螺栓紧固点。
具体实施方式
下面就附图对本发明作以下详细说明。
实施例1
步骤一：数模转换
使用三维建模软件将客户提供的产品二维图纸转换成产品三维数模，再将转换好的产品三维数模与原客户提供的产品二维图纸进行1:1视图对比，确认各视图尺寸形状与客户提供图纸完全一致后即完成数模转换并检验合格；
步骤二：设计浇冒系统及冷铁排布
首先分析产品结构，特别注意产品厚大结构及相对重要加工面，将较为重要的加工面置于工艺下箱，进一步根据铸造工艺设计中冒口设计的基本原则以及同类产品设计经验设置补缩冒口及排气冒口的位置；
为保证金属液流动稳定，本实施例选用底注方式，并选用直浇道：横浇道：内浇口比例为1:(1.2-2):(1.2-2)的开放式浇注系统。
接下来使用铸造仿真软件模拟金属液充型及凝固过程，并根据模拟结果调整冒口、冷铁的位置及尺寸，进一步循环模拟及调整过程直至模拟结果满足产品质量要求即完成浇冒系统及冷铁排布。
步骤三：分型面及上、下砂型的确定及制芯方案的确定
根据缸盖结构特点，以快捷下芯、无干涉、砂芯排气通畅为原则，确定分型面在铸件最大轮廓位置曲面分型，采用阶梯式定位上砂型6和下砂型1，定位高度20mm，斜度10°，上砂型6、下砂型1配合间隙0.7mm，该分型面的位置及结构设计能够避免合芯时发生干涉碰撞的同时，最大限度降低上、下砂型的水平变动，提高铸件尺寸精度。
根据砂芯特点，将水道砂芯4使用热芯盒制芯，利用热芯强度高的特点，砂芯不易断裂，其余的上砂型6、下砂型1、进气道砂芯2、排气道砂芯5、回油道砂芯3使用冷芯方案制芯，用冷芯盒可以生产大尺寸砂芯、尺寸精度高、铸型表面质量好、砂芯强度高的优点，从而保证无砂箱生产出的气缸盖铸件尺寸精度高、表面质量好。
根据浇注重量、静压头高度、砂芯抗拉强度及经验公式，确定冷芯盒中的上砂型6、下砂型1的吃砂量（铸型内部与砂芯外部砂芯厚度），保证可以在满足裸浇方案实施过，即在浇注铁水和铁水凝固过程中的石墨化膨胀，上、下砂型可以有足够的强度保证砂芯不发生开裂情况。
根据经验公式、砂芯抗拉强度，在合理位置设计6个固定上砂型6、下砂型1的螺栓紧固点7，保证在浇注过程中砂芯不发生涨箱情况（上砂型6与下砂型1裂开）。
步骤四：绘制工艺图纸及文件
将步骤二和步骤三的方案绘制成工艺图纸及文件。
步骤五：芯盒制作
根据工艺图及工艺文件分别制作所需的冷芯盒模具和热芯盒模具，为保证铸件表面质量，芯盒模具使用面（即模具与砂芯的接触面）采用表面粗糙度Ra12.5的P20模具钢，在易发生固化不良位置增加排气塞，通过保证砂芯质量方式提高铸件的表面质量。
步骤六：制芯
将热芯盒放置到热芯机中生产水道砂芯4，热芯制芯温度为220℃±5，保证砂芯固化合格。
将冷芯盒放置到冷芯机中生产上砂型6、下砂型1、进气道砂芯2、排气道砂芯5、回油道砂芯3；其中，所述上、下砂型的砂芯中加入相对于砂重0.8-1.0%的聚异氰酸脂和0.8-1.0%的聚苄醚酚醛树脂；所述进气道砂芯2、排气道砂芯5和回油道砂芯3中加入相对于砂重0.4-0.5%的有机材料抗脉纹剂、0.8-1.0%的聚异氰酸脂和0.8-1.0%的聚苄醚酚醛树脂，以此保证砂芯抗拉强度≥1.0MPa，用此方案控制铸型避免发生脉纹情况，进一步保证得到优良的铸件表面质量。
生产完成的砂芯浸涂水基涂料，控制波美度25-30°Be，烘干后干涂料层厚度控制在0.25-0.35mm，确保砂芯抗粘砂性，提高铸件表面质量。
步骤七：砂芯组合
将上砂型6、下砂型1、进气道砂芯2、排气道砂芯5、回油道砂芯3、水道砂芯4按照设计好的顺序进行组装，确认各砂芯间间隙配合合理，处理排气通道，发热冒口等施工作业；
使用螺栓将上砂型6、下砂型1紧固，完成裸浇方案的砂芯紧固施工。
步骤八：熔炼、浇注
根据产品材质要求，取生铁、回炉铁、工业下脚料、合金的混合原料送入熔化炉中熔化呈金属液，再通过加入球化剂、孕育剂及合金进行变质处理后得到符合产品要求的金属液，经浇口杯流入芯包型腔中，直至冒口充满金属液即完成浇注；
控制浇注温度：1390-1420℃，浇注时间：12-16s。通过此项控制避免冲型不良，导致发生冷隔、气孔缺陷，引起铸件表面质量不良。
步骤九：清砂、检验
待金属液完全凝固且表面温度适宜时即形成产品铸件，将芯包破坏分离砂芯取出铸件，因无砂箱的裸浇方案，提高了打箱效率。因无砂箱节约了打箱工位的空间，避免了砂箱转运时间，提高工作效率。
进行粗清工序去除多余浇冒系统及芯包间隙形成的皮缝，因使用冷芯盒砂芯、热芯盒砂芯，砂芯装配精度高，无大于1mm皮缝，清理效率提高。
转热处理工序进行退火处理，转抛丸工序去除表面氧化皮等杂质，转精清工序进行细致化表面处理，转检验工序测量铸件尺寸及外观，同时进行产品铸件的金相、抗拉、延伸率等理化检测，确认所有检测合格后即完成检验工作入成品库待发货。
本发明相较传统工艺，其显著的优势主要体现在以下方面：
1、本发明铸造工艺采用无砂箱进行生产，采用冷芯盒工艺方案，利用冷芯强度高的特点来制作上砂型、下砂型，替换传统砂箱，免去投入砂箱制作成本和砂箱管理成本；
2、本发明铸造工艺可以排除砂箱工装限制、模具数量限制，能够实现大批量进行生产，满足订单求提高了生产效率；
3、本发明无砂箱铸造工艺能够加快生产时打箱效率和旧砂回收生产效率；
4、本发明提高了铸件尺寸精度及铸件表面质量（光洁度）。
5、合理使用冷芯盒、热芯盒的工艺特点，在气缸盖水道腔室使用热芯盒制作砂芯，该砂芯因使用热芯盒具有强度高的特点，砂芯不易断裂。在其余砂芯使用冷芯盒，利用冷芯盒可以生产大尺寸砂芯、尺寸精度高、铸型表面质量好、砂芯强度高的优点，来生产无砂箱、尺寸精度高、表面质量好的气缸盖铸件。
Claims (5)
1.一种缸盖的裸浇铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、数模转换
使用三维建模软件将产品二维图纸转换成产品三维数模，再将转换好的产品三维数模与产品二维图纸进行1:1视图对比，确认各视图尺寸形状与图纸完全一致；
步骤二、设计浇冒系统及冷铁排布
分析产品结构，将产品厚大结构及相对重要加工面置于工艺下箱，设置补缩冒口及排气冒口的位置；
选用直浇道：横浇道：内浇口比例为1:(1.2-2):(1.2-2)的开放式底注浇注系统；
使用铸造仿真软件模拟金属液充型及凝固过程，根据模拟结果调整冒口、冷铁的位置及尺寸，循环模拟及调整直至模拟结果满足产品质量要求；
步骤三、分型面及上、下砂型的确定及制芯方案的确定
确定分型面在铸件最大轮廓位置曲面分型，采用阶梯式定位上、下砂型；
水道砂芯使用热芯盒制芯，其余的上砂型、下砂型、进气道砂芯、排气道砂芯、回油道砂芯使用冷芯方案制芯；
确定冷芯盒中的上砂型、下砂型的吃砂量；
设计固定上砂型、下砂型的紧固点；
步骤四、绘制工艺图纸及文件
基于步骤二和步骤三确定好的设计方案绘制工艺图纸及文件；
步骤五、芯盒制作
制作冷芯盒模具和热芯盒模具，在易发生固化不良位置增加排气塞；
步骤六、制芯
将热芯盒放置到热芯机中生产水道砂芯，热芯制芯温度为220℃±5；
将冷芯盒放置到冷芯机中生产上砂型、下砂型、进气道砂芯、排气道砂芯、回油道砂芯；
将生产完成的上砂型、下砂型及各种砂芯浸涂水基涂料，控制波美度25-30°Be，烘干后干涂料层厚度控制在0.25-0.35mm；
步骤七、砂芯组合
将上砂型、下砂型、进气道砂芯、排气道砂芯、回油道砂芯、水道砂芯按照设计好的顺序进行组装，最后使用螺栓将上砂型、下砂型紧固；
步骤八、熔炼、浇注
将金属液经浇口杯流入芯包型腔中，直至冒口充满金属液即完成浇注；
步骤九、清砂、检验
待金属液完全凝固且表面温度适宜时即形成产品铸件，将芯包破坏分离砂芯取出铸件；
进行粗清工序去除多余浇冒系统及芯包间隙形成的皮缝；
转热处理工序进行退火处理，转抛丸工序去除表面杂质，转精清工序进行细致化表面处理，转检验工序测量铸件尺寸及外观，同时进行产品铸件的理化检测。
2.如权利要求1所述的一种缸盖的裸浇铸造工艺，其特征在于，
所述步骤三中，所述上、下砂型的定位高度20mm，斜度10°，配合间隙0.7mm。
3.如权利要求1所述的一种缸盖的裸浇铸造工艺，其特征在于，
所述步骤五中，芯盒模具使用面采用表面粗糙度Ra12.5的P20模具钢。
4.如权利要求1所述的一种缸盖的裸浇铸造工艺，其特征在于，
所述步骤六中，所述上、下砂型的砂芯中加入相对于砂重0.8-1.0%的聚异氰酸脂和0.8-1.0%的聚苄醚酚醛树脂；所述进气道砂芯、排气道砂芯和回油道砂芯中加入相对于砂重0.4-0.5%的有机材料抗脉纹剂、0.8-1.0%的聚异氰酸脂和0.8-1.0%的聚苄醚酚醛树脂。
5.如权利要求1所述的一种缸盖的裸浇铸造工艺，其特征在于，
所述步骤八中，浇注温度1390-1420℃，浇注时间12-16s。
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