本發明屬于發動機氣缸體鑄造領域，特別是一種鐵型覆砂鑄造大型六缸氣缸體的生產方法。
背景技術：
：鐵型覆砂鑄造是在金屬型(又稱鐵型)內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合。獲得的鑄件具有尺寸精度高、機械性能好、材料組織致密、節約人工、材料和設備、生產成本低等優點。在國內，鐵型覆砂鑄造工藝的應用研究使用于曲軸或者球墨鑄鐵的生產。近幾年來，在全國已有近百家企業也應用了鐵型覆砂鑄造工藝，生產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，而運用該鐵型覆砂鑄造工藝技術來生產汽車發動機六缸以上的氣缸體是目前在四缸氣缸體鐵型覆砂技術運用基礎上擴大研究的，該技術目前還是空白。在我國生產大型六缸以上發動機生產廠家，都是采用樹脂砂鑄造或者靜壓鑄造方法生產，雖然質量上相對來說還比較穩定，但還是屬于砂型鑄造，用砂量很大，生產環境還未得到完全改善，鑄件內在質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備、材料倉庫、型砂輸送、除塵等設備，工作環境比較差，不利于鑄造生產環保，設備投資大，成本高，占用面積也大。產品在灰鑄鐵澆注并經熱處理退火后，本體抗拉強度很難達到所要求牌號，如以前我公司自硬樹脂砂鑄造T9000氣缸體HT250牌號，本體抗拉強度大多為235Mpa，硬度在177-189之間，石墨長在3-4級。如今在汽車行業激烈競爭下，各生產廠家生產的氣缸體要求越來越高，鑄造成本越來越高，各種性能指標要求達到或超過國家標準，如要求解決三漏現象問題和成本問題。而常規的砂型鑄造工藝已無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。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種鐵型覆砂鑄造大型六缸氣缸體的生產方法，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、表面質量差、整體機械性能得不到保證的問題以及鑄造成本高的問題。本發明以如下技術方案解決大型六缸以上氣缸體技術問題：一種鐵型覆砂鑄造大型六缸氣缸體的生產方法，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；澆注系統有澆口杯、直澆口、橫澆口和濾網，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；上半模最高處凸臺有氣孔針且不穿出箱面；水套面上附件砂芯芯頭設有氣孔針且穿出箱面；靠近澆口的缸底面不設排氣針；缸頂面端頭分別設有溢流槽和排氣針；外模的上下模底板中間設有加熱裝置，模樣內還設有電熱管；模板上的模樣四周安裝有排氣塞；下半模的6個內澆口截面積比樹脂砂截面積大1/3-1/4；上下模板設有與鐵型高度一樣的導向銷；上下模具與鐵型分別配備4根合箱銷；當模具和鐵型的溫度均達到要求后進行射砂；(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；六個主體砂芯內均分別預埋有掏空體；(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濾網座裝上專用直孔陶瓷過濾網；在下半鑄型四邊分別放置墊片；吹凈上半模型氣孔針內散砂，修整直澆口和安放澆口杯面處，并涂上醇基石墨涂料；插上導向銷后合箱；扣上箱扣；澆口杯采用專用六缸機直沖漏斗澆口杯，安裝到鐵型時使用封箱條；(5)澆注采用牌號為HT250鐵水澆注，鐵水化學成分質量比為：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；澆注過程對四周芯頭處進行引氣；1件/型六缸氣缸體的澆注時間為35-45s；待澆口杯鐵水成糊狀時打斷澆口杯；(6)開箱澆注結束后60分鐘開箱扣；鑄件凝固時間70分鐘以上落箱，然后自由冷卻到室溫。所述澆注系統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后均衡分到六個分直澆口，再由六個分直澆口分別分到上排主體芯六個分橫澆口的12個內澆口和底部橫澆口的6個內澆口再到鑄件；澆注系統采用半封閉半開放式澆口；澆注系統各澆口總截面之比為：∑直澆口︰∑橫澆口︰∑分直澆口︰∑分橫澆口︰∑內澆口＝1︰(0.70-0.75)︰(1.40-1.46)︰(1.38-1.42)︰(1.80-1.90)；濾網采用六缸機體專用的直孔陶瓷濾網。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有7根外徑Φ15mm的氣孔針且都穿出箱面；缸頂面部分凸臺之間設有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，外徑均為Φ20mm。所述鐵型內腔的覆砂層，四周芯頭的覆砂層厚為5mm，局部設有固砂槽；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，固化時間為50-60S。所述砂芯有6個主體砂芯，每個主體砂芯內部橫內澆口截面積比樹脂砂芯的大1/4-1/5，每個主體砂芯內預埋均一個有掏空體。所述合箱時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。所述合箱時扣上的箱扣為六缸專用箱扣，扣箱力控制在80-85N.M。本發明的顯著優點在于：使用本發明的鐵型覆砂鑄造六缸氣缸體的生產方法，出品率由原來砂型鑄造工藝的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的排氣工藝，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境下的滲漏問題，提高了鑄件的整體機械性能，滿足或超過目前大型六缸氣缸體生產要求的各項性能指標；減少了砂處理系統龐大的設備、場地投入和造型用砂量；改善了鑄造長期以來的惡劣環境，環保性好。整個工藝流程簡單，容易采取措施和控制，產品的生產成本比砂型鑄造工藝生產要低25～40％，且適用于各種類型大型六缸以上發動機氣缸體、氣缸蓋等重要復雜零部件生產和多種要求高質量的其它大中小零件，應用前景廣泛。具體實施方式以下詳細描述本發明的具體實施方式，但不構成對本發明權利要求保護范圍的限制。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，細化組織，提高了氣缸體在壁厚不均情況下保證機體較厚部位或較厚凸臺、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機體比砂型鑄造工藝可以獲得更高的抗拉強度、硬度和更好的石墨形態和石墨大小級別，穩定珠光體在95％以上。最重要的是以往樹脂砂生產的六缸氣缸體砂型鑄造出現的三漏(漏油、漏水、漏氣)等問題完全得到有效解決。本實施例的大型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造型主機生產。按照鐵型規格要求，大型六缸氣缸體只能設計為1件/型，分上下模。上下砂箱是金屬型，內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，當模具和鐵型溫度達到設定的溫度后，通過主機在鐵型內腔周圍覆上一層薄薄的型砂。在制造主體砂芯上采用預埋掏空體，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干型的，無水分，經過射砂表面硬化后，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量。因此鐵型覆砂鑄造工藝可以大量節約涂料成本。以生產玉柴T9000大型六缸氣缸體為例，用鐵型覆砂工藝生產缸體(1件/型)比以前采用樹脂砂鑄造生產工藝時，鑄造用砂量成本節約592元/臺，合金成本節約181.55元/臺以上，鑄造造型單臺使用砂量僅需88kg左右；若按年產2000臺計算，光造型用砂量可以節約154.6萬元以上。鐵型覆砂鑄造生產線要比國內靜壓生產線減少投資2700萬元，比進口靜壓生產線減少投資4700萬元以上，更何況自行設計和制作大型覆砂造型主機，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、設備投資少、生產周期短、見效快、設備占用面積少、制造成本低、環保性好等優點的同時，其不足之處是各種鐵型砂箱沒有通用性、受設備影響單天產量偏低。本發明方法試生產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/型進行設計，鐵型的內腔按氣缸體的形狀隨型制出，隨型覆砂層厚度為5mm-20mm，鑄件熱節較大部位為40mm；澆注系統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后均衡分到六個分直澆口，再由六個分直澆口分別分到上排主體芯六個分橫澆口的12個內澆口和底部橫澆口的6個內澆口再到鑄件。與四缸氣缸體不同，澆注系統采用半封閉半開放式澆口；澆注系統各澆口總截面之比為：∑直澆口︰∑橫澆口︰∑分直澆口︰∑分橫澆口︰∑內澆口＝1︰(0.70-0.75)︰(1.40-1.46)︰(1.38-1.42)︰(1.80-1.90)；濾網采用六缸機體專用的直孔陶瓷濾網。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；上半模靠近缸頂面部分的最高處凸臺(與鑄件相通)均勻分布有20-25根外徑Φ15mm的氣孔針，且都進不穿出箱面；水套面上附件砂芯芯頭設有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排氣針；缸頂面端頭分別設有溢流槽和排氣針；缸頂面局部凸臺之間增加2mm厚的工藝排氣槽；外模的上下模底板中間分別設有6根1.8m的電熱管，模樣內還設有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：下半模的6個內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向銷；上下模具與鐵型配備4根短的合箱銷；鐵型內腔設計覆砂層，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℃，當模具和鐵型溫度達到要求后進行射砂；射砂氣壓為0.35-0.40Mpa，固化時間為80-90S，射砂后的覆砂層顏色為棕褐色。在開始生產時，鐵型一般經加熱爐進行加熱，要求對鐵型四周溫度進行降溫，使鐵型內外溫度達到溫控后進行射砂；當連續生產澆注后的鐵型必須對鐵型中部經水冷卻后達到溫控要求時才能進行循環使用(測溫采用紅外線進行)。2.砂芯T9000大型氣缸體砂芯是采用玉柴鑄造廠生產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部橫內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，六個主體砂芯每個的內部均預埋1個掏空體。3.裝芯擺放好下半鑄型，檢查所裝砂芯質量是否符合要求，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，檢查四面對準標線；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，否則需要進行調整；在主體砂芯芯頭的澆注系統濾網座裝上專用直孔陶瓷過濾網；在下半鑄型四邊分別放有兩層0.3-0.4mm墊片，共10處；檢查上半模型質量，吹凈上半模型氣孔針內散砂，修整直澆口和安放澆口杯面處，并涂上醇基石墨涂料；插上導向銷后對準銷孔合箱；扣上六缸專用箱扣(邊扣一般為4個)，對角扭緊，扣箱力一般控制在80-85N.M；澆口杯采用專用六缸機直沖漏斗澆口杯，安裝到鐵型時要使用封箱條；5.澆注使用鐵水牌號為HT250，其化學成分質量比為：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；澆注過程對四周芯頭進行引氣；1件/型T9000六缸氣缸體的澆注時間為35-45s；待澆口杯鐵水成糊狀時打斷澆口杯；6.開箱澆注結束后60分鐘可以開箱扣；待到鑄件凝固時間需要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.檢驗結果大型六缸氣缸體鑄件經過落箱后進行粗清后，經過低溫熱處理去除內應力，然后進行拋丸清理，經解剖鑄件本體檢測結果如下：1)T9000氣缸體各個部位金相組織和硬度情況如下：檢驗部位缸壁頂部軸承壁缸壁底部硬度HB213193200石型AAA石墨長(級)444珠光體(％)9595952)機械性能抗拉試棒因本體沒有位置取樣，故取鑄件澆注系統中的分直澆口進行抗拉檢驗，其結果抗拉強度為265Mpa；硬度為HB195；石型為A型石墨；石墨長為4級；珠光體95％；磷共晶1級。使用本發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合金可以由原來的0.7～0.8％減少到0.5～0.6％；錳合金由原來的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。實踐說明：運用本發明生產大型六缸以上氣缸體，本體機械性能比砂型鑄造本體要求牌號要高出一個牌號以上，從而保證滿足日益發展的發動機制造行業競爭要求。用本發明的方法，不僅可以生產出大型六缸蠕墨鑄鐵或球墨鑄鐵汽缸體、缸蓋等高質量的汽車重要零部件，還可以用于各行各業的機械制造，如航空、鐵路機車車輛、農用機械、建筑機械和軍工等等需承受高強度、高韌性、高致密性、高耐磨的大型類零件生產。當前第1頁1 2 3