本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體鑄造領(lǐng)域，特別是一種鐵型覆砂鑄造大型六缸氣缸體的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：鐵型覆砂鑄造是在金屬型(又稱鐵型)內(nèi)腔周圍覆上一層薄薄的型砂(又稱覆膜砂)的一種鑄造工藝方法。它是金屬型鑄造和殼型鑄造兩種方法的結(jié)合。獲得的鑄件具有尺寸精度高、機(jī)械性能好、材料組織致密、節(jié)約人工、材料和設(shè)備、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)，鐵型覆砂鑄造工藝的應(yīng)用研究使用于曲軸或者球墨鑄鐵的生產(chǎn)。近幾年來(lái)，在全國(guó)已有近百家企業(yè)也應(yīng)用了鐵型覆砂鑄造工藝，生產(chǎn)的零件除球鐵曲軸外，還有汽車的凸輪平衡軸、耐壓閥體、缸套，汽車底盤重要零部件、四缸以下氣缸體等鑄件，而運(yùn)用該鐵型覆砂鑄造工藝技術(shù)來(lái)生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)六缸以上的氣缸體是目前在四缸氣缸體鐵型覆砂技術(shù)運(yùn)用基礎(chǔ)上擴(kuò)大研究的，該技術(shù)目前還是空白。在我國(guó)生產(chǎn)大型六缸以上發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家，都是采用樹脂砂鑄造或者靜壓鑄造方法生產(chǎn)，雖然質(zhì)量上相對(duì)來(lái)說(shuō)還比較穩(wěn)定，但還是屬于砂型鑄造，用砂量很大，生產(chǎn)環(huán)境還未得到完全改善，鑄件內(nèi)在質(zhì)量一些問題還是未得到改善和解決，如組織縮松、氣孔等；砂處理工部等一整套設(shè)備、材料倉(cāng)庫(kù)、型砂輸送、除塵等設(shè)備，工作環(huán)境比較差，不利于鑄造生產(chǎn)環(huán)保，設(shè)備投資大，成本高，占用面積也大。產(chǎn)品在灰鑄鐵澆注并經(jīng)熱處理退火后，本體抗拉強(qiáng)度很難達(dá)到所要求牌號(hào)，如以前我公司自硬樹脂砂鑄造T9000氣缸體HT250牌號(hào)，本體抗拉強(qiáng)度大多為235Mpa，硬度在177-189之間，石墨長(zhǎng)在3-4級(jí)。如今在汽車行業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)下，各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的氣缸體要求越來(lái)越高，鑄造成本越來(lái)越高，各種性能指標(biāo)要求達(dá)到或超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如要求解決三漏現(xiàn)象問題和成本問題。而常規(guī)的砂型鑄造工藝已無(wú)法根本解決鑄鐵本身的組織縮松而滲漏的問題和鑄造過程的成本問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鐵型覆砂鑄造大型六缸氣缸體的生產(chǎn)方法，解決灰鐵或蠕鐵大型六缸以上氣缸體常見的組織疏松、氣(縮)孔、表面質(zhì)量差、整體機(jī)械性能得不到保證的問題以及鑄造成本高的問題。本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決大型六缸以上氣缸體技術(shù)問題：一種鐵型覆砂鑄造大型六缸氣缸體的生產(chǎn)方法，工藝步驟如下：(1)造型外砂箱采用鐵型，覆膜砂為再生樹脂砂，鐵型鑄造為1件/型，鐵型的內(nèi)腔按氣缸體的形狀隨型制出，隨型覆砂層厚度為5mm-20mm；澆注系統(tǒng)有澆口杯、直澆口、橫澆口和濾網(wǎng)，采用半封閉半開放式澆口；上半模的四周芯頭裝有氣孔針且穿出箱面；上半模最高處凸臺(tái)有氣孔針且不穿出箱面；水套面上附件砂芯芯頭設(shè)有氣孔針且穿出箱面；靠近澆口的缸底面不設(shè)排氣針；缸頂面端頭分別設(shè)有溢流槽和排氣針；外模的上下模底板中間設(shè)有加熱裝置，模樣內(nèi)還設(shè)有電熱管；模板上的模樣四周安裝有排氣塞；下半模的6個(gè)內(nèi)澆口截面積比樹脂砂截面積大1/3-1/4；上下模板設(shè)有與鐵型高度一樣的導(dǎo)向銷；上下模具與鐵型分別配備4根合箱銷；當(dāng)模具和鐵型的溫度均達(dá)到要求后進(jìn)行射砂；(2)砂芯采用汽缸體專用的自硬冷芯砂，六缸氣缸體的砂芯組裝是在專用胎模上組裝，整體吊裝浸泡上涂料并濾干、烘烤條件與已有樹脂砂造型工藝一致，砂芯烘干溫度控制為200-220℃，升溫6h保溫2h；烘烤好的主體砂芯、附件砂芯的芯頭均鉆出排氣孔；六個(gè)主體砂芯內(nèi)均分別預(yù)埋有掏空體；(3)裝芯修整砂芯，俢刮砂芯上涂料堆積，吹凈散砂；吹凈型腔散砂，人工依次裝入頂芯桿砂芯，固定好后人工吊架裝芯或用固定式工位夾具裝主體砂芯，再依次裝水套砂芯；在水套砂芯的芯頭墊上1mm厚石棉圈，在裝下芯前四周圍使用封箱條封住芯頭；(4)合箱合箱前使用封箱條分別壓住主體砂芯四周芯頭、芯頭出氣孔、砂芯直澆道；在主體砂芯芯頭的澆注系統(tǒng)濾網(wǎng)座裝上專用直孔陶瓷過濾網(wǎng)；在下半鑄型四邊分別放置墊片；吹凈上半模型氣孔針內(nèi)散砂，修整直澆口和安放澆口杯面處，并涂上醇基石墨涂料；插上導(dǎo)向銷后合箱；扣上箱扣；澆口杯采用專用六缸機(jī)直沖漏斗澆口杯，安裝到鐵型時(shí)使用封箱條；(5)澆注采用牌號(hào)為HT250鐵水澆注，鐵水化學(xué)成分質(zhì)量比為：C：3.2％～3.3％Si：1.7％～1.8％Mn：0.6％～0.8％Cu：0.5％～0.6％Cr≤0.15％P≤0.06％S≤0.08％；澆注溫度控制在1430-1450℃，隨流孕育；澆注過程對(duì)四周芯頭處進(jìn)行引氣；1件/型六缸氣缸體的澆注時(shí)間為35-45s；待澆口杯鐵水成糊狀時(shí)打斷澆口杯；(6)開箱澆注結(jié)束后60分鐘開箱扣；鑄件凝固時(shí)間70分鐘以上落箱，然后自由冷卻到室溫。所述澆注系統(tǒng)的鐵水流道是由澆口杯到直澆口到橫澆口，再由橫澆口通過濾網(wǎng)后均衡分到六個(gè)分直澆口，再由六個(gè)分直澆口分別分到上排主體芯六個(gè)分橫澆口的12個(gè)內(nèi)澆口和底部橫澆口的6個(gè)內(nèi)澆口再到鑄件；澆注系統(tǒng)采用半封閉半開放式澆口；澆注系統(tǒng)各澆口總截面之比為：∑直澆口︰∑橫澆口︰∑分直澆口︰∑分橫澆口︰∑內(nèi)澆口＝1︰(0.70-0.75)︰(1.40-1.46)︰(1.38-1.42)︰(1.80-1.90)；濾網(wǎng)采用六缸機(jī)體專用的直孔陶瓷濾網(wǎng)。上半模的四周芯頭每邊均裝有4-5根外徑Φ20mm氣孔針且都穿出箱面；上半模靠近缸頂面的最高處凸臺(tái)均布有20-25根外徑Φ15mm的氣孔針且都不穿出箱面；水套面上附件砂芯芯頭設(shè)有7根外徑Φ15mm的氣孔針且都穿出箱面；缸頂面部分凸臺(tái)之間設(shè)有2mm厚的工藝排氣槽；外模的上下模底板中間的加熱裝置為6根1.8m的電熱管，模樣內(nèi)的電熱管為2根1.2m和8根0.5m的電熱管，芯頭有活塊；模板上的模樣四周均布的排氣塞共有32個(gè)，外徑均為Φ20mm。所述鐵型內(nèi)腔的覆砂層，四周芯頭的覆砂層厚為5mm，局部設(shè)有固砂槽；與鑄件接觸部分的的覆砂層厚為8-10mm，局部的覆砂層厚為15-20mm，四周均增加固砂槽；射砂氣壓為0.35-0.40Mpa，固化時(shí)間為80-90S，射砂后的覆砂層顏色為棕褐色。所述模具溫度控制在180-200℃；鐵型溫度控制在200-240℃。所述射砂的射砂氣壓為0.35-0.40Mpa，固化時(shí)間為50-60S。所述砂芯有6個(gè)主體砂芯，每個(gè)主體砂芯內(nèi)部橫內(nèi)澆口截面積比樹脂砂芯的大1/4-1/5，每個(gè)主體砂芯內(nèi)預(yù)埋均一個(gè)有掏空體。所述合箱時(shí)在下半鑄型四邊共有10處分別放有墊片，每處的墊片均為兩層，每層墊片厚0.3-0.4mm。所述合箱時(shí)扣上的箱扣為六缸專用箱扣，扣箱力控制在80-85N.M。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：使用本發(fā)明的鐵型覆砂鑄造六缸氣缸體的生產(chǎn)方法，出品率由原來(lái)砂型鑄造工藝的72％提高到鐵型鑄造的78％以上，因鐵型使用了不含水分的樹脂砂做覆砂造型材料和適當(dāng)?shù)呐艢夤に?，從而消除了六缸氣缸體常見的氣孔或皮下氣孔缺陷；因鐵水凝固過程中得到快速冷卻，基本消除了六缸氣缸體常有的組織縮松、疏松、氣(縮)孔的缺陷，解決了大型六缸氣缸體在壓力工作環(huán)境下的滲漏問題，提高了鑄件的整體機(jī)械性能，滿足或超過目前大型六缸氣缸體生產(chǎn)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)；減少了砂處理系統(tǒng)龐大的設(shè)備、場(chǎng)地投入和造型用砂量；改善了鑄造長(zhǎng)期以來(lái)的惡劣環(huán)境，環(huán)保性好。整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)單，容易采取措施和控制，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本比砂型鑄造工藝生產(chǎn)要低25～40％，且適用于各種類型大型六缸以上發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、氣缸蓋等重要復(fù)雜零部件生產(chǎn)和多種要求高質(zhì)量的其它大中小零件，應(yīng)用前景廣泛。具體實(shí)施方式以下詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。鐵型覆砂鑄造工藝是利用鐵型增加鐵水在鑄造過程中的冷卻速度，細(xì)化組織，提高了氣缸體在壁厚不均情況下保證機(jī)體較厚部位或較厚凸臺(tái)、塔子的組織致密性。在同等熔煉鐵水的成分下，使用鐵型覆砂鑄造工藝生產(chǎn)機(jī)體比砂型鑄造工藝可以獲得更高的抗拉強(qiáng)度、硬度和更好的石墨形態(tài)和石墨大小級(jí)別，穩(wěn)定珠光體在95％以上。最重要的是以往樹脂砂生產(chǎn)的六缸氣缸體砂型鑄造出現(xiàn)的三漏(漏油、漏水、漏氣)等問題完全得到有效解決。本實(shí)施例的大型T9000六缸缸體的鐵型覆砂鑄造工藝造型是采用自制大型專用的ZXTF-Z-2000*1200造型主機(jī)生產(chǎn)。按照鐵型規(guī)格要求，大型六缸氣缸體只能設(shè)計(jì)為1件/型，分上下模。上下砂箱是金屬型，內(nèi)腔是按照六缸氣缸體的形狀,留有覆砂層厚度并隨型制出，模底板中間、模樣中間都分別設(shè)有加熱裝置，模具溫度一般恒溫控制在180-200℃；鐵型溫度一般控在200-240℃。造型采用覆膜砂，當(dāng)模具和鐵型溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，通過主機(jī)在鐵型內(nèi)腔周圍覆上一層薄薄的型砂。在制造主體砂芯上采用預(yù)埋掏空體，減少大量砂芯。因此，在使用鐵型覆砂鑄造工藝上減少了大量用砂量，從而降低了鑄造成本。由于鐵型覆砂工藝所使用的覆膜砂是流動(dòng)干型的，無(wú)水分，經(jīng)過射砂表面硬化后，其表面光潔度很好，局部上涂料。而樹脂砂鑄造工藝是屬濕型(潮型)鑄造，其表面需要上兩次涂料才能保證鑄件表面質(zhì)量。因此鐵型覆砂鑄造工藝可以大量節(jié)約涂料成本。以生產(chǎn)玉柴T9000大型六缸氣缸體為例，用鐵型覆砂工藝生產(chǎn)缸體(1件/型)比以前采用樹脂砂鑄造生產(chǎn)工藝時(shí)，鑄造用砂量成本節(jié)約592元/臺(tái)，合金成本節(jié)約181.55元/臺(tái)以上，鑄造造型單臺(tái)使用砂量?jī)H需88kg左右；若按年產(chǎn)2000臺(tái)計(jì)算，光造型用砂量可以節(jié)約154.6萬(wàn)元以上。鐵型覆砂鑄造生產(chǎn)線要比國(guó)內(nèi)靜壓生產(chǎn)線減少投資2700萬(wàn)元，比進(jìn)口靜壓生產(chǎn)線減少投資4700萬(wàn)元以上，更何況自行設(shè)計(jì)和制作大型覆砂造型主機(jī)，投資方面更少。鐵型覆砂鑄造工藝在具有工藝出品率高、組織致密不滲漏、綜合性能高、用砂量少、設(shè)備投資少、生產(chǎn)周期短、見效快、設(shè)備占用面積少、制造成本低、環(huán)保性好等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，其不足之處是各種鐵型砂箱沒有通用性、受設(shè)備影響單天產(chǎn)量偏低。本發(fā)明方法試生產(chǎn)T9000玉柴船用大型六缸氣缸體，具體步驟如下：1.造型外砂箱采用鐵型，覆膜砂為再生樹脂砂，鐵型鑄造工藝按照1件/型進(jìn)行設(shè)計(jì)，鐵型的內(nèi)腔按氣缸體的形狀隨型制出，隨型覆砂層厚度為5mm-20mm，鑄件熱節(jié)較大部位為40mm；澆注系統(tǒng)的鐵水流道是由澆口杯到直澆口到橫澆口，再由橫澆口通過濾網(wǎng)后均衡分到六個(gè)分直澆口，再由六個(gè)分直澆口分別分到上排主體芯六個(gè)分橫澆口的12個(gè)內(nèi)澆口和底部橫澆口的6個(gè)內(nèi)澆口再到鑄件。與四缸氣缸體不同，澆注系統(tǒng)采用半封閉半開放式澆口；澆注系統(tǒng)各澆口總截面之比為：∑直澆口︰∑橫澆口︰∑分直澆口︰∑分橫澆口︰∑內(nèi)澆口＝1︰(0.70-0.75)︰(1.40-1.46)︰(1.38-1.42)︰(1.80-1.90)；濾網(wǎng)采用六缸機(jī)體專用的直孔陶瓷濾網(wǎng)。模具：上半模的四周芯頭部位每邊均裝有4-5根外徑Φ20mm的氣孔針，且均穿出箱面；上半?？拷醉斆娌糠值淖罡咛幫古_(tái)(與鑄件相通)均勻分布有20-25根外徑Φ15mm的氣孔針，且都進(jìn)不穿出箱面；水套面上附件砂芯芯頭設(shè)有7根外徑Φ15mm的氣孔針且都穿出箱面；靠近澆口的缸底面部分不設(shè)排氣針；缸頂面端頭分別設(shè)有溢流槽和排氣針；缸頂面局部凸臺(tái)之間增加2mm厚的工藝排氣槽；外模的上下模底板中間分別設(shè)有6根1.8m的電熱管，模樣內(nèi)還設(shè)有2根1.2m和8根0.5m的電熱管，芯頭作出活塊便于更換電熱管；模板上的模樣四周分別安裝32個(gè)外徑Φ20mm排氣塞，便于射砂后排氣；模具溫度控制在180-200℃；鐵型覆砂鑄造工藝改進(jìn)：下半模的6個(gè)內(nèi)澆口截面積均比樹脂砂截面積大1/3-1/4；上下模板作出與鐵型高度一樣的導(dǎo)向銷；上下模具與鐵型配備4根短的合箱銷；鐵型內(nèi)腔設(shè)計(jì)覆砂層，四周芯頭的覆砂層為5mm，局部作出固砂槽；與鑄件接觸部分的覆砂層為8-10mm，極少局部的覆砂層為15-20mm，四周增加固砂槽；鐵型溫度控制在200-240℃，當(dāng)模具和鐵型溫度達(dá)到要求后進(jìn)行射砂；射砂氣壓為0.35-0.40Mpa，固化時(shí)間為80-90S，射砂后的覆砂層顏色為棕褐色。在開始生產(chǎn)時(shí)，鐵型一般經(jīng)加熱爐進(jìn)行加熱，要求對(duì)鐵型四周溫度進(jìn)行降溫，使鐵型內(nèi)外溫度達(dá)到溫控后進(jìn)行射砂；當(dāng)連續(xù)生產(chǎn)澆注后的鐵型必須對(duì)鐵型中部經(jīng)水冷卻后達(dá)到溫控要求時(shí)才能進(jìn)行循環(huán)使用(測(cè)溫采用紅外線進(jìn)行)。2.砂芯T9000大型氣缸體砂芯是采用玉柴鑄造廠生產(chǎn)汽缸體用的自硬冷芯砂。六缸氣缸體的砂芯組裝是在專用胎模上組裝，整體吊裝浸泡上涂料并濾干、烘烤條件與已有樹脂砂造型工藝相一致，砂芯烘干溫度一般控制為200-220℃，升溫6h保溫2h；烘烤好的主體砂芯和附件砂芯的芯頭均鉆出排氣孔；與樹脂砂芯不同之處在于：大型六缸氣缸體鐵型工藝使用的主體砂芯內(nèi)部橫內(nèi)澆口截面積比樹脂砂芯的大1/4-1/5。為減少用砂量降成本，六個(gè)主體砂芯每個(gè)的內(nèi)部均預(yù)埋1個(gè)掏空體。3.裝芯擺放好下半鑄型，檢查所裝砂芯質(zhì)量是否符合要求，修整砂芯，修刮砂芯上涂料堆積，吹凈散砂，然后檢查上下外鑄型質(zhì)量，吹凈型腔散砂，人工依次裝入頂芯桿砂芯，固定好后人工吊架裝芯或用固定式工位夾具裝主體砂芯，檢查四面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)線；再依次裝水套砂芯；在水套砂芯的芯頭位置墊上1mm厚石棉圈，在裝下芯前四周圍使用封箱條封住芯頭。4.合箱合箱前檢查使用封箱條壓住主體砂芯四周芯頭、芯頭出氣孔、砂芯直澆道，檢查擺放位置是否合適，否則需要進(jìn)行調(diào)整；在主體砂芯芯頭的澆注系統(tǒng)濾網(wǎng)座裝上專用直孔陶瓷過濾網(wǎng)；在下半鑄型四邊分別放有兩層0.3-0.4mm墊片，共10處；檢查上半模型質(zhì)量，吹凈上半模型氣孔針內(nèi)散砂，修整直澆口和安放澆口杯面處，并涂上醇基石墨涂料；插上導(dǎo)向銷后對(duì)準(zhǔn)銷孔合箱；扣上六缸專用箱扣(邊扣一般為4個(gè))，對(duì)角扭緊，扣箱力一般控制在80-85N.M；澆口杯采用專用六缸機(jī)直沖漏斗澆口杯，安裝到鐵型時(shí)要使用封箱條；5.澆注使用鐵水牌號(hào)為HT250，其化學(xué)成分質(zhì)量比為：C：3.2％～3.3％Si：1.7％～1.8％Mn：0.6％～0.8％Cu：0.5％～0.6％Cr≤0.15％P≤0.06％S≤0.08％澆注溫度控制在1430-1450℃，隨流孕育；澆注過程對(duì)四周芯頭進(jìn)行引氣；1件/型T9000六缸氣缸體的澆注時(shí)間為35-45s；待澆口杯鐵水成糊狀時(shí)打斷澆口杯；6.開箱澆注結(jié)束后60分鐘可以開箱扣；待到鑄件凝固時(shí)間需要70分鐘以上才能落箱，落箱后的鑄件為暗黑色，然后自由冷卻到室溫。7.檢驗(yàn)結(jié)果大型六缸氣缸體鑄件經(jīng)過落箱后進(jìn)行粗清后，經(jīng)過低溫?zé)崽幚砣コ齼?nèi)應(yīng)力，然后進(jìn)行拋丸清理，經(jīng)解剖鑄件本體檢測(cè)結(jié)果如下：1)T9000氣缸體各個(gè)部位金相組織和硬度情況如下：檢驗(yàn)部位缸壁頂部軸承壁缸壁底部硬度HB213193200石型AAA石墨長(zhǎng)(級(jí))444珠光體(％)9595952)機(jī)械性能抗拉試棒因本體沒有位置取樣，故取鑄件澆注系統(tǒng)中的分直澆口進(jìn)行抗拉檢驗(yàn)，其結(jié)果抗拉強(qiáng)度為265Mpa；硬度為HB195；石型為A型石墨；石墨長(zhǎng)為4級(jí)；珠光體95％；磷共晶1級(jí)。使用本發(fā)明的鐵型覆砂工藝鑄造大型六缸氣缸體，在滿足性能要求的條件下可以不用加入或減少貴重合金，如鉬鐵和銅合金；Cu合金可以由原來(lái)的0.7～0.8％減少到0.5～0.6％；錳合金由原來(lái)的0.8～0.9％減少到0.6～0.8％；在保證氣缸體本體硬度符合要求下，完全可以不加鉻鐵等。實(shí)踐說(shuō)明：運(yùn)用本發(fā)明生產(chǎn)大型六缸以上氣缸體，本體機(jī)械性能比砂型鑄造本體要求牌號(hào)要高出一個(gè)牌號(hào)以上，從而保證滿足日益發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)要求。用本發(fā)明的方法，不僅可以生產(chǎn)出大型六缸蠕墨鑄鐵或球墨鑄鐵汽缸體、缸蓋等高質(zhì)量的汽車重要零部件，還可以用于各行各業(yè)的機(jī)械制造，如航空、鐵路機(jī)車車輛、農(nóng)用機(jī)械、建筑機(jī)械和軍工等等需承受高強(qiáng)度、高韌性、高致密性、高耐磨的大型類零件生產(chǎn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3