發(fā)動機缸體消失模鑄造

祁交九

（山西華恩機械制造有限公司，山西臨猗044100）

·消失模與V法鑄造·

發(fā)動機缸體消失模鑄造

祁交九

（山西華恩機械制造有限公司，山西臨猗044100）

缸體是發(fā)動機的主要部件屬于復(fù)雜薄壁件，消失模鑄造生產(chǎn)的缸體具有高的尺寸精度、重量公差，但由于缸體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以應(yīng)用消失模鑄造工藝生產(chǎn)缸體的企業(yè)較少。本文結(jié)合多年從事消失模鑄造的經(jīng)驗，介紹了發(fā)動機缸體消失模鑄造中存在的問題與解決方案；實踐證明通過選用合適的珠粒、熟化時間等工藝參數(shù)可生產(chǎn)出性能合格的鑄件，為消失模工藝批量生產(chǎn)復(fù)雜件提供了新思路。

消失模工藝；薄壁復(fù)雜鑄件；珠粒；缸體鑄造

消失模鑄造發(fā)動機缸體是我公司2005年確立的發(fā)展目標(biāo)。2003年-2008年對輕型轎車的發(fā)動機缸體進(jìn)行了摸索和試驗。隨著我公司消失模工藝的不斷完善，2009年11月公司接到客戶的訂單，我們開發(fā)部門通過評審并確立了項目。在2010年1月成功地提交了樣件，在小批量的制作過程中又對澆注系統(tǒng)、模型的熟化和粘接等進(jìn)行了優(yōu)化，并對產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行了驗證和工藝調(diào)整。到3月份已形成了批量生產(chǎn)。

在試制和小批制造過程中也遇到了許多問題，在此做以簡要總結(jié)。以便和大家共同探討。

1 工藝方案

4108缸體為濕式缸體屬于薄壁高強度鑄件，對鑄件的性能要求嚴(yán)格。結(jié)構(gòu)如圖1所示。鑄件的材質(zhì)為HT250，指定部位的硬度在180 HB以上；鑄件厚薄斷面的硬度差在30 HB以下；鑄件輪廓尺寸為590 mm×340 mm×390 mm，主要壁厚5 mm，最小間隙僅4 mm，重量120 kg，屬于典型的的四缸濕式水道氣缸體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根據(jù)鑄件的幾何形狀進(jìn)行合適的分片、制模，使用1 300 mm×1 200 mm×1 100 mm的砂箱進(jìn)行造型。缸體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 工藝難點

1）鑄造成型及形狀尺寸不良，缸體類鑄件的幾何形狀決定了其模型分片較為復(fù)雜，圖2為缸體鑄件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一角。選擇合適的分型方式對鑄件的成型和粘接具有很大的幫助，所以在前期的模型制作設(shè)計上須反復(fù)論證，確定最佳的分型方案很關(guān)鍵。鑄件不同位置的壁厚相差懸殊，需要選擇合適的收縮比例。珠粒種類、熟化狀態(tài)、粘接方式、澆注系統(tǒng)、涂層厚度、砂型吃砂量、合適的負(fù)壓度等因素綜合決定了鑄件的鑄造成型性能及形狀尺寸的穩(wěn)定性。

2）另外保證缸體氣道、水道、油道的無滲漏、無粘砂、內(nèi)腔清潔無涂料、組織致密是滿足客戶交付的前提。

3）鑄件的壁厚懸殊較大，在收縮過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力過大形成裂紋及熱節(jié)部位的疏松等。

4）鑄件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水道的死角、油道的間隙最小處僅4 mm，型砂填充困難，填充不實會導(dǎo)致澆注時鐵水滲出，形成難以清除的鐵包砂，如圖3所示。

圖1 4108缸體結(jié)構(gòu)圖

圖2 缸體內(nèi)部結(jié)構(gòu)一角

1.2 鑄造工藝設(shè)計

1）主要設(shè)備采用間歇式預(yù)發(fā)泡機、聚苯乙烯泡塑成型機、三維振實臺、1.5 t中頻電爐、雙鉤式拋丸機等設(shè)備。

2）選用EPS珠粒，密度控制在18 g/L～23 g/L。根據(jù)不同模片幾何形狀選擇合適的珠粒密度，以獲得合格的模片。參見圖4所示的模片。

圖3 鑄件粘砂

圖4 密度合適的模片

3）熟化時間、溫度的合理選用保證模片的質(zhì)量的穩(wěn)定性，在45℃～55℃的熟化間保證模型充分熟化。

4）模片粘接采用冷膠、熱熔膠等混合使用，在保證模片之間粘接狀態(tài)良好的前提下盡量減少膠的用量，在冷膠、熱熔膠完全凝固的狀況下方可轉(zhuǎn)入下一工序。如圖5所示。

圖5 模片的粘接

5）澆注系統(tǒng)截面積比例按直澆道∶橫澆道∶內(nèi)澆道＝1.4∶1.2∶1.0控制，如圖6所示。在直澆道底部加陶瓷過濾網(wǎng)，以獲得純凈的鐵水。采用底注式澆注系統(tǒng)金屬液上升平穩(wěn)，有利于金屬液充型和分解產(chǎn)物的排出。

6）使用消失模專用醇基、水基涂料。保證涂料層均勻、無漏涂、堆積等現(xiàn)象。涂層厚度控制在1 mm～1.5 mm之間，烘干時間72 h，烘干溫度45℃～55℃。確保模型完全干燥。如圖7和圖8所示。

7）采用40/70目的型砂，振動造型采用雨淋式加砂，加砂均勻，對模樣的沖擊較小，分多次加砂振動，保證砂型的填充和緊實以及模型尺寸的穩(wěn)定。

圖6 澆注系統(tǒng)的布置

8）澆注時控制：澆注溫度控制在1 440℃～1 460℃，真空度控制在0.035 MPa～0.04 MPa，保壓時間不低于7 min。為獲得加工性能良好的鑄件，在澆注時采用隨流孕育，減少鑄件白口傾向。

9）落砂轉(zhuǎn)運清理時需注意鑄件的磕碰損傷，鑄件難以清理的死角除采用強力拋丸以外，還針對水道腔或油道腔進(jìn)行噴丸清理。這種方式對提高內(nèi)腔清潔度最有效，所能達(dá)到的清潔度水平最高，但目前僅有此類通用單機產(chǎn)品，尚需人工握持噴丸頭伸進(jìn)密封的工作室對準(zhǔn)有關(guān)砂孔噴射，勞動強度大，環(huán)境惡劣，期待著專用的自動噴丸設(shè)備在氣缸體（氣缸蓋）清理生產(chǎn)線處采用。

圖7 浸涂涂料

圖8 涂料浸涂及干燥

2 生產(chǎn)結(jié)果

針對水道內(nèi)腔粘砂的問題，在掛涂時先掛半遍醇基石墨涂料，提高涂層的性能，消除了粘砂缺陷。嚴(yán)格控制生鐵、廢鋼中的微量元素和雜質(zhì)含量已及爐料配比，消除了裂紋和材質(zhì)疏松。并適當(dāng)?shù)恼{(diào)整了珠粒密度、模型熟化時間以及澆注過程參數(shù)，保證了鑄件的尺寸，由此生產(chǎn)出來的缸體經(jīng)過客戶加工、裝機，可以滿足主機廠的生產(chǎn)需求。

3 結(jié)論

1）根據(jù)復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)，選擇合理的澆注系統(tǒng)是控制金屬液流向和平穩(wěn)充型的前提。

2）詳細(xì)的規(guī)范每一個工序的過程參數(shù)及工藝流程來提高鑄件的成功率。

3）嚴(yán)格控制原材料中的微量元素和雜質(zhì)含量已及爐料配比，是消除裂紋和材質(zhì)疏松的主要措施之一。

Production of Engine Cylinder Body Casting by EPC

QI Jiao-jiu
（Shanxi Huaen Machinery Manufacture Co.，Ltd.，Linyi Shanxi 044100，China）

Cylinder body is thin-wall intricate part and one of important components and parts of engine.The cylinder body castings produced by EPC possess high dimensional accuracy and weight tolerance.But the application of EPC on the cylinder body is less than others for its intricate structure.Existing problems and solutions in EPS production process of cylinder casting were introduced combined with many years of experience on EPC.The practice showed that qualified cylinder body castings could be produced by selecting appropriate EPS beads and its ageing time，and other technological parameters，which provides new ideas for volume production of complicated castings by EPC.

EPC technique，thin-wall complicated casting，bead，cylinder body casting

TG249

A

1674-6694（2010）06-0034-02

2010-10-18

祁交九（1967-），男，主任工程師，從事消失模鑄造工藝研究。