CN115475911A - 一种机体盖铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机体盖铸造方法，涉及铸造技术领域，解决了现有技术中机体盖的铸造复杂，铸件铸造效率低，易产生裂纹及缩松等缺陷，铸件质量难以保证的问题，具有提高铸造效率，铸件质量高的有益效果，具体方案如下：一种机体盖铸造方法，包括分型面选择：选择零件最大投影面积位置作为分型面；砂芯设计：包括外芯和内腔芯，内腔芯采用组芯造型，砂芯上设置芯头，砂芯中埋置芯骨；浇注系统设计：采用开放中注式水平浇注系统且铸件采用一模四件，浇道截面积为：直浇道截面积＜横浇道截面积＜内浇道截面积；模样设计：从分型面处一分为二制作上箱和下箱模样，并制作砂型；浇注：固定砂芯后合箱，浇注金属液。

Description

一种机体盖铸造方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其是涉及一种机体盖铸造方法。

背景技术

机体盖零件，如图1所示，材质为ENAC-42100牌号铝合金，铸造性能较好、缩松、热烈倾向小。机体盖通常安装于封闭气缸上部，构成燃烧室并作为凸轮轴和摇臂轴及进排气管的支撑，主要是将空气吸到气缸内部，火花塞把可燃混合气体点燃，带动活塞做功，废气从排气管排出，现有机体盖的内腔结构比较复杂，由于分型面和选取砂型方案的不同，导致后续机体盖的铸造复杂程度不同，机体盖铸件存在尺寸精度低，易产生裂纹、气孔及缩松等缺陷，铸件质量难以保证，无法满足使用性能要求，铸件铸造成品率低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种机体盖铸造方法，解决现有技术中分型面和选取砂型方案的不同，导致后续机体盖的铸造复杂程度不同，造成裂纹、气孔及缩松等缺陷，铸件质量难以保证，铸件铸造成品率低等技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种机体盖铸造方法，包括如下步骤：

分型面选择：选择零件最大投影面积位置作为分型面；

砂芯设计：包括用于形成加强肋中间部位和底部散热筋不易起膜部分的外芯和用于形成机体盖内腔的内腔芯，内腔芯采用组芯造型，砂芯上设置芯头，砂芯中埋置芯骨；

浇注系统设计：采用开放中注式水平浇注系统且铸件采用一模四件，浇道截面积为：直浇道截面积＜横浇道截面积＜内浇道截面积；

模样设计：从分型面处一分为二制作上箱和下箱模样，并制作砂型；

浇注：固定砂芯后合箱，浇注金属液。

如上所述的一种机体盖铸造方法，所述外芯的芯头设置在外芯底部，外芯上的芯头至少两个且靠近间隔设定距离，所述内腔芯由主体芯和连接芯组成，内腔芯的芯头设置在连接芯底部和主体芯远离连接芯的端部。

如上所述的一种机体盖铸造方法，所述砂芯上设置出气孔，出气孔设置在外芯和内腔芯的芯头处。

如上所述的一种机体盖铸造方法，所述直浇道截面积：横浇道截面积：内浇道截面积＝1:2:3，横浇道和内浇道设置于机体盖的所述分型面处，铸件一模四件为两排两列分布。

如上所述的一种机体盖铸造方法，所述横浇道和内浇道的截面形状为梯形，所述直浇道的截面形状为圆形，横浇道设置一段横浇道延长段集渣包以贮存初流液体。

如上所述的一种机体盖铸造方法，所述直浇道底部设置直浇道窝，直浇道窝形状为半球形，直浇道窝直径大于直浇道下端直径。

如上所述的一种机体盖铸造方法，浇注前在铸件顶部设置冒口，冒口采用球顶圆柱形大气压力暗冒口。

如上所述的一种机体盖铸造方法，在浇注前，在外芯底部环形面上设置多个冷铁，多个冷铁均布于环形面上，每个内浇口相邻的铸件底面均设置一块冷铁。

如上所述的一种机体盖铸造方法，固定所述砂芯时，在砂型上设置芯头座，芯头座与芯头对应设置。

如上所述的一种机体盖铸造方法，浇注金属液时，提前安装浇口杯，浇口杯选用漏斗型浇口杯。

上述本发明的有益效果如下：

1.本发明为了提高铸件工艺出品率，提高铸件生产效率，采用一模四件浇注，同时选择零件最大投影面积位置作为分型面，简化浇注机体盖的复杂程度，所需要的砂型数量少，砂型固定后无活块，砂型安装和固定更加简单，铸件尺寸精度高，所需的砂箱高度低，同时也便于下芯，降低工艺难度。

2.在砂芯中埋置芯骨，保证砂芯在制造、运输、装配和浇注过程中不变形、不开裂或折断，砂芯具有足够的刚度与强度。

3.横浇道设置横浇道延长段集渣包，以贮存初流液体，防止端部提前冷却堵塞浇注通道，同时集渣包起到集渣，挡渣，防止金属液的回流，保证金属液中夹杂物、浮渣到达第一个内浇道时浮到横浇道端部集渣包中。

4.开放式水平中注浇注系统，金属液浇注过程中畅通无阻碍，不会堵塞浇道，充分浮渣，内浇道截面积最大，保证充型平稳，不会出现浇不足、冷隔、断流等缺陷。

5.通过铸造工艺优化设计，铸件工艺出品率达到83.6％，铸造成品率达到98％，在同类铸造产品中达到上限水平。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例中一种机体盖铸造方法中机体盖的俯视图。

图2是本发明实施例中一种机体盖铸造方法中机体盖的仰视图。

图3是本发明实施例中机体盖分型面位置示意图。

图4是本发明实施例中沙箱一模四件造型布置图。

图5是本发明实施例中砂芯设计结构示意图。

图6(a)是本发明实施例中1^#砂芯定位芯头结构示意图。

图6(b)是本发明实施例中2^#砂芯定位芯头结构示意图。

图7是本发明实施例中2^#砂芯组芯结构示意图。

图8是本发明实施例中2^#砂芯芯骨结构示意图。

图9(a)是本发明实施例中1^#砂芯芯头排气结构示意图。

图9(b)是本发明实施例中2^#砂芯芯头排气结构示意图。

图10是本发明实施例中开放式中注浇注系统示意图。

图11是本发明实施例中横浇道截面示意图。

图12是本发明实施例中内浇道截面示意图。

图13是本发明实施例中直浇道窝结构示意图。

图14是本发明实施例中横浇道集渣包结构示意图。

图15是本发明实施例中冒口布置示意图。

图16是本发明实施例中冷铁布置示意图。

图17(a)是本发明实施例中上砂箱模样设计示意图。

图17(b)是本发明实施例中下砂箱模样设计示意图

图18(a)是本发明实施例中上箱砂型制作示意图。

图18(b)是本发明实施例中下箱砂型制作示意图。

图19是本发明实施例中砂型制作、下芯、合箱流程图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.1^#砂芯，2.2^#砂芯，3.1^#砂芯定位芯头，4.2^#砂芯定位芯头，5.直浇道，6.横浇道，7.内浇道，8.直浇道窝，9.集渣包，10.冒口，11.冷铁。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中分型面和选取砂型方案的不同，导致后续机体盖的铸造复杂程度不同，同时铸件铸造效率低，易产生裂纹及缩松等缺陷，铸件质量难以保证的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种机体盖铸造方法。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种机体盖铸造方法，包括如下步骤：

1.分型面选择

如图1和图2所示，为机体盖的结构示意图，根据机体盖的结构特点进行分型面选择，如图3所示，选择零件最大投影面积位置作为分型面，从而简化浇注机体盖的复杂程度，分型面是指两个半铸型相互接触的表面，选择零件最大投影面积位置作为分型面，其优点在于：所需要的砂型数量少，砂型固定后无活块，砂型安装和固定更加简单，铸件尺寸精度高，所需的砂箱高度低，同时也便于下芯，降低工艺难度。

2.砂箱铸件布置

考虑到铸件体积不大，为了提高铸造工艺出品率，采用一箱四件布置，如图4所示，提高铸造效率。

3.砂芯设计

在确定好分型面后，进行砂芯的设计，基于本实施例机体盖的结构特点和分型面的选择，所需要的砂芯包括外芯和内腔芯。

对于砂芯的要求是，砂型的形状、尺寸以及在砂型中的位置应保证铸件的形状和尺寸符合要求，外芯用于形成加强肋中间部位和底部散热筋处不易起模的部分，而内腔芯来形成机体盖内腔。

考虑到铝合金铸件会出现气孔、针孔类问题，而影响铸件质量，所以型砂应具有较小的发气量，本实施例的造型材料选用碱性酚醛树脂自硬砂，如图5所示，外芯为1^#砂芯，形成加强肋中间部位和底部散热筋处不易起模的部分，内腔芯为2^#砂芯，来形成机体盖内腔。通过将砂芯设计为外芯和内腔芯，铸造机体盖的成品率高，产品无瑕疵。

为了保证下芯合箱准确，在1^#砂芯1、2^#砂芯2上设计芯头结构，如图6所示，分别是1^#砂芯定位芯头3和2^#砂芯定位芯头4，1^#砂芯定位芯头设置在1^#砂芯的底部，外芯芯头为两个，设于外芯底部的环形面上，二者的连线经过环形面中心，不会对浇注过程产生影响。

机体盖内腔形状较复杂，所以2^#芯采用组芯制作，分为2-1^#砂芯、2-2^#砂芯，2^#砂芯组合形状如图7所示，2^#砂芯定位芯头分别设置在2-1^#砂芯、2-2^#砂芯的外端部，不会对浇注过程产生影响。

为了保证砂芯在制造、运输、装配和浇注过程中不变形、不开裂或折断，砂芯应具有足够的刚度与强度。在砂芯中设置芯骨，以提高其强度和刚度。如图8所示，本铸件芯骨材料采用Q235碳钢，芯骨杆通过螺纹连接组合在一起。在铸件浇铸成形冷却落砂后便于从铸件孔中拆分抽出。

本铸件采用酚醛树脂砂制芯，在浇注过程中，高温金属液使砂芯中的水分汽化，有机物挥发、分解和燃烧，短时间内产生大量气体。这些气体一旦进入金属液中，就可能使铸件产生气孔。因此，在设计、制造砂芯及下芯、合箱的整个过程中，要注意砂芯的排气，使砂芯中产生的气体能够及时的从芯头排出。

为保证砂芯排气，制芯时在砂芯中开设排气道，防止铸件产生气孔、浇不足等缺陷，采用蜡线埋于砂芯中，在芯头处设置出气孔，与砂芯内部的排气道连通，下芯时应注意不要堵塞芯头出气孔，以便将砂芯中的气体引出型外。砂芯排气道设计如图9所示。

4.浇注系统设计

ENAC-42100牌号铝合金性质活泼，熔炼时金属液表面会形成一层氧化膜，液态合金溶液卷入氧化膜夹层后，易诱发气孔和夹渣等缺陷。故浇注系统应选择扰动少，金属液充型平稳工艺方案。

开放式浇注系统由于金属液在浇注系统中呈无压流动状态，充型平稳，对型腔冲刷力小，能够减少铝合金铸件浇注时金属液的氧化，故采用开放式浇注系统。

中间注入式浇注系统中，对于内浇道以下的型腔来说，相当于顶注式浇注系统；对于内浇道以下的型腔而言，则相当于底注式浇注系统。因此，兼具顶注式与底注式浇注系统的优点，金属液充型平稳，可避免飞溅、氧化及由此形成的铸造缺陷；且横浇道基本处于充满的状态下，有利于挡渣，型腔内空气容易顺序排出。

综合分析本机体盖铸件采用开放中注式水平浇注系统，如图10所示，直浇道设置在中心位置，由于铝合金液粘滞性较大，采用开放式浇注系统，金属液浇注过程中畅通无阻碍，不会堵塞浇道，充分浮渣，内浇道截面积最大，保证充型平稳，不会出现浇不足、冷隔、断流等缺陷，浇道截面积为：直浇道截面积＜横浇道截面积＜内浇道截面积；浇口截面积之比为∑F_直:∑F_横:∑F_内＝1:2:3，金属液从浇道底部水平进入型腔。

(1)浇注系统各部尺寸计算：

τ＝3δ^0.33G^0.33

其中A阻—阻流面积，即直浇道面积∑F_直；

G—金属液质量(12Kg)；

ρ—金属液密度(2.68g/cm³)；

τ—充型时间；

δ—铸件最小壁厚(5mm)；

Hp——充填全部型腔时的平均计算压力头；

H₀——铸件(型腔)总高度(135mm)；

P——阻流以上的型腔高度(45mm)；

C-铸件高度(51mm)；

计算浇注时间τ＝12秒，Hp＝115mm，A阻＝4cm²。

因此，∑F_直＝4cm²，由∑F_直:∑F_横:∑F_内＝1:2:3，得∑F_横＝8cm²，∑F_内＝12cm²。

直浇道为一段直管段，为了起模方便不带沙，设计成2％-4％拔模斜度，直浇道高度40mm，顶部直径φ22mm，下端直径φ24mm。

横浇道开设4条，铸件每一件1条，∑F_横＝8cm²，故F_横＝2cm²。为了方便起模，横浇道的横截面设计为梯形，具体尺寸如图11所示。

内浇道共4个，每个铸件一个内浇口，∑F_内＝12cm²，故F_内＝3cm²。为了方便起模，内浇道设计成梯形，具体尺寸如图12所示。

为了方便下芯，横浇道6和内浇道7的截面形状为梯形，直浇道5的截面形状为圆形，横浇道6主要是向内浇道7分配金属液，贮存最初浇入的含有气体和夹杂物的低温金属液。横浇道6应保证金属液中夹杂物到达第一个内浇道时浮到横浇道顶部，设计一段80mm～120mm的横浇道延长段来贮存初流液体，防止金属液的回流。

(2)直浇道窝的设计

金属液对直浇道底部有强烈的冲击作用，并产生涡流和高度紊流区，常引起冲砂，渣孔和大量氧化夹杂物等铸造缺陷。设置直浇道窝可改善金属液的流动情况。直浇道底部设置直浇道窝8，直浇道窝8设计成半球形、直径为直浇道下端直径的1.4～2.0倍，即Sφ40mm，直浇道窝如图13所示。

(3)集渣包设计

横浇道6末端设置一段横浇道延长段集渣包9，以贮存初流液体，防止端部提前冷却堵塞浇注通道，同时集渣包9起到集渣，挡渣，防紊流作用，如图14所示。集渣包高度取横浇道高度1.5倍。

(4)冒口设计

采用冒口10设计可以改善金属液补缩效果，为了降低冒口10散热速度，延长冒口的凝固时间，尽量减少冒口的表面积，因此设计成用球顶圆柱形大气压力暗冒口。

按模数法计算冒口直径和高度，通过反复模拟验证计算修正，冒口设计在横浇道靠近内浇口位置，直径32mm，高度45mm；在每个铸件远离浇口位置设置一冒口，直径26mm，高度40mm。如图15所示，设计两种尺寸冒口，各4个，共8个。

(5)冷铁设计

根据浇注模拟分析，在铸件靠近内浇口附近存在热节，出现较大的缩孔缺陷，需要设置冷铁11，改善金属液凝固顺序，消除缺陷，细化晶粒，优化机械性能。

冷铁选用激冷效果适中的石墨冷铁。

G_冷＝ρ_冷V_冷＝ρ_冷S_冷δ_冷

其中：G_冷—冷铁重量(g)

V₀—铸件需要激冷体积(cm³)；

M₀—铸件需要激冷位部位模数(cm)；

Mr—冷铁相邻接部位铸件模数(cm)；

S_冷—冷铁面积(cm²)；

δ_冷—冷铁厚度(cm)；

ρ_冷—石墨冷铁的密度(2.25g/cm³)。

经金属液浇注模拟分析计算，铸件需要激冷体积V₀＝75.42cm³，需要激冷部位铸件模数M₀＝4.01cm；与冷铁相邻处铸件模式Mr＝2.4cm。

因此，

考虑工厂中常用冷铁厚度常用规格10mm、20mm、30mm，该处冷铁厚度选用δ20mm，故S_冷＝G_冷/(ρ_冷δ_冷)＝16.44cm²，每个内浇口相邻的铸件底面均设置一块冷铁，4块冷铁布置如图16所示，多个冷铁11均布于1#砂芯底部环形面上，每个内浇口相邻的铸件底面均设置一块冷铁11。

本实施例选择使用耐火度高，导热系数大的石墨冷铁，成本虽略高于铸铁冷铁。但是经过对石墨冷铁与铸铁冷铁模拟结果的对比，发现石墨冷铁消除缺陷的效果优于铸铁冷铁，因此，虽然成本略高，但有利于提高铸件合格率。

5.模样设计

模样用来形成铸型的型腔，是砂型铸造中不可缺少的工艺装备。铸件生产批量不大，为节约制作成本，采用木质模样。铸件放样，填满孔槽，添加浇注系统，考虑芯头定位，将木型模样从分型面处一分为二制作上箱模样和下箱模样，如图17所示。

6.砂型制作

通过上箱模样和下箱模样分别制作上箱砂型和下箱砂型，如图18所示，型砂选用酚醛树脂砂。

7.芯盒设计

芯盒是制造砂芯的专用工艺装备。芯盒尺寸精度和结构合理与否，将在很大程度上影响砂芯的质量和造型效率。根据砂芯结构设计芯盒，采用热芯盒法制作酚醛树脂砂芯。

8.下芯顺序及合箱

合理的下芯顺序能够降低工人劳动轻度，保证铸造过程顺利进行，制作出模样、砂型、砂芯后，按照图19所示顺序进行下芯、合箱、定位紧固砂箱，进入下一工序-浇注金属液。

具体的：

上箱和下箱砂型分型面朝上平稳地安放在铁液浇注场地上，将外芯对准上箱芯头座准确安放，用粘结剂将砂芯与砂型粘接牢固；

将组装好的内腔芯对准下箱砂型的芯头座准确定位安放；

翻转上箱，将上下箱扣合，注意不能磕碰已经安装好的砂芯，不能误碰砂型，引起掉砂，防止异物掉入砂型中，上下箱通过销子准确定位扣合。上箱砂型的内腔芯的砂芯芯头座与芯头准确定位配合。

采用螺栓紧固上下箱，注意对角紧固，对称顺序紧固，均匀用力，防止上下箱分型面扣合不严，甚至变形不平整。

安放浇口杯，注意浇口杯底部出口对准上箱直浇道入口，完成合箱工序，等待下一步工序铝合金液浇注。

需要说明的是，采用平做平浇工艺中，砂箱要完成水平位置的造型，满足正常上下箱造型的要求，水平位置的造型、下芯、合箱定位后，完成浇注、排气、补缩等一系列过程。

浇注：浇注铝合金金属液，等待金属液冷却后，打箱落砂。

铸件工艺要求中对铸件夹渣缺陷有严格要求，因此在浇注过程中应该对金属液进行过滤处理，在工厂实际生产中，主要使用的为纤维过滤网，与陶瓷过滤器(网格式与泡沫式)，其中陶瓷过滤器，尤其是泡沫陶瓷过滤器，由于其孔隙率较高，可达92％，去除夹渣及非金属杂质的能力远强于纤维过滤网。泡沫过滤器是一种深层过滤器，它以陶瓷为网架，网架之间布满了互相连通的立体小孔，浇注时，大的杂质将在过滤器外表面被截留，微小杂质将吸附在通道的壁面上。且使金属液的流动方式有湍流变为层流，减少过滤后金属进一步氧化的可能，因此本实施例的过滤网采用泡沫式陶瓷过滤器，设置在直浇道入口处。

9熔炼工艺

炉料配好后加入1t燃气炉中，熔炼温度在740℃～760℃，完全融化后打开炉口，是合金熔液流入中间包，变质细化在中间包中进行，温度在700℃～720℃，分别加入0.5％的Al-10Sr与Al-5Ti中间合金，进行搅拌，之后喷吹氮气对铝液进行精炼除气，加入覆盖剂，静置静10～20min之后通过测氢仪对铝液的含氢量进行检测，含氢量合格后方可进行浇注，浇注温度在720±10℃。

变质剂选用Sr变质，Sr烧损少，实收率高，变质长效性，重熔性好，无设备腐蚀和不污染环境，优点明显。选用Sr含量在8％～10％的Al-10Sr中间合金作为熔炼变质剂。但Al-10Sr变质剂有约40min的潜伏期，且有增加很近吸气倾向，故变质过程后进行精炼除气。为保证Sr加入量在0.02～0.06％之间，Al-10Sr加入量选择为5％。

砂型铸造不同于压力铸造，通过自身重力充型，为达到较高力学性能，故熔炼时加入细化剂细化晶粒，选用Al-5Ti中间合金作为熔炼细化剂，Ti含量较高，晶粒细化效果好，同时避免B元素的引入，消除不利影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机体盖铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：

分型面选择：选择零件最大投影面积位置作为分型面；

砂芯设计：包括用于形成加强肋中间部位和底部散热筋不易起膜部分的外芯和用于形成机体盖内腔的内腔芯，内腔芯采用组芯造型，砂芯上设置芯头，砂芯中埋置芯骨；

浇注系统设计：采用开放中注式水平浇注系统且铸件采用一模四件，浇道截面积为：直浇道截面积＜横浇道截面积＜内浇道截面积；

模样设计：从分型面处一分为二制作上箱和下箱模样，并制作砂型；

浇注：固定砂芯后合箱，浇注金属液。

2.根据权利要求1所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，所述外芯的芯头设置在外芯底部，外芯上的芯头至少两个且靠近间隔设定距离，所述内腔芯由主体芯和连接芯组成，内腔芯的芯头设置在连接芯底部和主体芯远离连接芯的端部。

3.根据权利要求2所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，所述砂芯上设置出气孔，出气孔设置在外芯和内腔芯的芯头处。

4.根据权利要求1所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，所述直浇道截面积：横浇道截面积：内浇道截面积＝1:2:3，横浇道和内浇道设置于机体盖的所述分型面处，铸件一模四件为两排两列分布。

5.根据权利要求4所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，所述横浇道和内浇道的截面形状为梯形，所述直浇道的截面形状为圆形，横浇道设置一段横浇道延长段集渣包以贮存初流液体。

6.根据权利要求5所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，所述直浇道底部设置直浇道窝，直浇道窝形状为半球形，直浇道窝直径大于直浇道下端直径。

7.根据权利要求6所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，浇注前在铸件顶部设置冒口，冒口采用球顶圆柱形大气压力暗冒口。

8.根据权利要求7所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，在浇注前，在外芯底部环形面上设置多个冷铁，多个冷铁均布于外芯底部环形面上，每个内浇口相邻的铸件底面均设置一块冷铁。

9.根据权利要求1所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，固定所述砂芯时，在砂型上设置芯头座，芯头座与芯头对应设置。

10.根据权利要求1所述的一种机体盖铸造方法，其特征在于，浇注金属液时，提前安装浇口杯，浇口杯选用漏斗型浇口杯。

Images