發(fā)動機(jī)缸體缸蓋的消失模鑄造技術(shù)

發(fā)布日期:2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽:4720

    發(fā)動機(jī)缸體、蓋的制造水平是衡量國家的制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。中國消失模鑄造技術(shù)還剛起步,處于技術(shù)革新期,需要有一個艱苦的技術(shù)積累過程,但前景光明。  

    消失模鑄造技術(shù)的工藝過程  

    消失模鑄造技術(shù)(Lost Foam Casting,簡稱LFC)是一項精確成形的鑄造新技術(shù)。1958年,美國人H.F.Shroyer首次用泡沫板材加工的模樣,用含有粘結(jié)劑的型砂作充填砂制造金屬制件并取得專利,直到20世紀(jì)80年代專利期滿后,消失模技術(shù)才獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。在90年代,美國通用汽車公司率先應(yīng)用于發(fā)動機(jī)的缸體缸蓋制造,并實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)獲得成功。  

    LFC法的工藝過程  

    消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘乾后,埋在乾砂中振動造型,在常壓或負(fù)壓下澆注,使模型氣化,液體金屬占據(jù)模型位置,凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。  

  

    消失模鑄造每生產(chǎn)一個鑄件就要消耗一個泡沫模樣,所以增加了預(yù)發(fā)泡和發(fā)泡成型的工序,但減少了型(芯)砂制備、制芯、造型、下芯等許多煩瑣工序。  

    LFC法的工藝主要特點  

    LFC是一種近無馀量、精確成形的工藝。其采用聚苯乙烯或共聚物的泡沫塑料模壓成型,組合成模,泡沫模樣可實現(xiàn)無起模斜度,既無分型面又無型芯,減少由于型芯塊組合而造成的尺寸誤差。鑄件尺寸精度和表面粗糙度可達(dá)CT5~CT7、Ra=6.3~12.5µm,介于砂型鑄造和熔模鑄造之間。由于充填砂采用乾砂,根除了由水分、粘結(jié)劑和附加物帶來的缺陷,鑄件的廢品率下降,鑄件質(zhì)量明顯提高。  

    容易實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。低溫下聚苯乙烯(EPS)對環(huán)境無害,澆注時EPS有機(jī)物排放量僅占澆注鐵液質(zhì)量的0.3%,而自硬砂為5%。同時產(chǎn)生有機(jī)排放物的時間短、地點集中、易于搜集,可以采用負(fù)壓抽吸式燃燒凈化器處理,燃燒產(chǎn)物凈化后對環(huán)境無公害,舊砂回用率在95%以上。與傳統(tǒng)鑄造方法相比,LFC法的雜質(zhì)、一氧化碳?xì)怏w和矽石粉塵危害明顯減少,工人勞動強(qiáng)度大大降低,勞動環(huán)境顯著改善,容易實現(xiàn)機(jī)械化、自動化和清潔生產(chǎn)。  

    為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分的自由度。原先要由多個零件加工組裝的結(jié)構(gòu),采用LFC工藝后可以通過分片制模然后粘合的辦法整體鑄出(如:復(fù)雜的六缸缸體、蓋模樣可以由若干個模片組裝成一個整體,而且型芯可以省去,孔、洞可以直接鑄出,這就大大節(jié)約了加工裝配的費用,同時也可以減少加工裝備的投資。一般說來,與傳統(tǒng)鑄造工藝相比,LFC技術(shù)設(shè)備投資可減少30%~50%,鑄件的成本可下降10%~30%(成本下降的幅度取決于零件批量、復(fù)雜程度以及加工裝配時間的節(jié)省等)。  

  

    金屬液的流動前沿式熱解的消失模產(chǎn)物(氣體和液體),它會與金屬液發(fā)生反應(yīng)并影響到金屬液的充填,如果金屬充型過程中熱解物不能順利排除,就容易引起氣孔、皺皮、增炭等缺陷。這就要求工藝師掌握消失模鑄造成形原理,正確設(shè)計澆注系統(tǒng),制定合理的工藝方案。  

    模具制造成本較高,沒有一定的生產(chǎn)批量,很難獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。  

    缸體缸蓋的消失模應(yīng)用  

    消失模鑄造符合當(dāng)今鑄造技術(shù)發(fā)展的總趨勢,發(fā)展前景廣闊,其優(yōu)越性不容置疑。特別適合于離合器殼、變速箱、發(fā)動機(jī)缸體和缸蓋這類產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。目前國內(nèi)外相關(guān)應(yīng)用情況如:  

    美國  

    美國通用汽車公司(GM)于1981年利用消失模技術(shù)第一次試制了4.3L、V6型鋁合金發(fā)動機(jī)缸蓋,由于各方面工藝還未成熟,沒有取得成功;1985年GM公司又試制2L、L4型鋁合金發(fā)動機(jī)缸蓋,一舉獲得成功;2001年GM所屬的Saginaw鑄造廠消失模生產(chǎn)線正式投產(chǎn),標(biāo)志著美國消失模技術(shù)走向成熟。  

  

    Saginaw鑄造廠是目前世界上最先進(jìn)、規(guī)模最大的消失模生產(chǎn)工廠,共有五條生產(chǎn)線,能夠日產(chǎn)198.6kW直列式運動跑車六缸鋁合金缸體和缸蓋各2100件,試壓后總廢品率不大于12%,其中內(nèi)廢小于10%。該廠生產(chǎn)的Votec 4200六缸缸體和缸蓋(如圖4)是目前最復(fù)雜、最有代表性的LFC產(chǎn)品,充分體現(xiàn)了該技術(shù)的優(yōu)越性。這型號的缸體和缸蓋是該公司的設(shè)計部門充分考慮了LFC法的特點而設(shè)計的,缸體質(zhì)量40kg,缸蓋質(zhì)量22kg,產(chǎn)品設(shè)計中集成了曲軸箱,油/空氣分離器(圖5a)、通氣系統(tǒng)(圖5b)、復(fù)雜彎曲的回油管路(圖6)全部鑄出,大大減小了鉆孔加工和螺栓裝配工作量,減輕了整機(jī)的質(zhì)量,減少了噪音、振動和污染,提高了燃油效率,降低成本。  

   

    另外,Saginaw鑄造廠工藝過程完善,完全實現(xiàn)了清潔生產(chǎn),5臺預(yù)發(fā)泡機(jī)、29臺成形機(jī)每天生產(chǎn)高質(zhì)量的聚苯乙烯缸體和缸蓋模樣。缸體分4片,粘合成一個整體,澆注時水平放置,一箱一件;缸蓋分5片粘合成一個整體,澆注時水平放置,一箱兩件。采用高性能的云母基涂料,由機(jī)械手自動浸涂,乾燥后由機(jī)械手放入砂箱,雨淋式加砂,分三階段水平振動緊實。鑄件在清理、粗加工后,100%經(jīng)滲透試驗,T6熱處理,然后送到加工工廠進(jìn)行精加工。  

  

    經(jīng)過十馀年的研究和實踐,相關(guān)電腦軟件快速發(fā)展,使消失模的工藝設(shè)計建立在更科學(xué)的基礎(chǔ)上。在工藝和模具設(shè)計制造領(lǐng)域,建立了先進(jìn)實用的CAD/CAM/CAE系統(tǒng),可以準(zhǔn)確、高效地生產(chǎn)像六缸缸體、缸蓋之類復(fù)雜高質(zhì)量的模具;通過應(yīng)用軟件(如Flow 3D)類比金屬液充型、凝固過程的流動場和溫度場,可預(yù)測鑄件產(chǎn)生缺陷的部位;并著手進(jìn)行泡沫珠粒射料過程的流場類比和模樣在模具中加熱、冷卻過程中溫度場的變化規(guī)律類比。成功實現(xiàn)了曲軸、變速箱、差動器、離合器、進(jìn)氣管、排氣歧管、發(fā)動機(jī)缸體和缸蓋的工業(yè)化生產(chǎn)。  

    中國  

    20世紀(jì)90年代中后期,LFC法在中國獲得較廣泛的生產(chǎn)應(yīng)用和快速發(fā)展,在不到十年的時間里,中國消失模鑄造技術(shù)已發(fā)展到一個新的階段,在產(chǎn)品質(zhì)量逐步提高地同時,鑄件也由簡單的耐磨零件擴(kuò)展到變速箱體等復(fù)雜鑄件。2003年前后,山西華恩集團(tuán)、重慶南川天寶特種鑄造有限公司、福州福清躍龍公司、溫州歐海實型制造有限公司等、安徽全柴動力股份有限公司等企業(yè),采用消失模技術(shù)主攻缸蓋、缸體,初步獲得成功,開始走向市場,但由于受到增碳、氣孔等鑄造缺陷的困擾,還未能實現(xiàn)低廢品率的大批量工業(yè)化生產(chǎn)。  

    發(fā)動機(jī)缸體、蓋的制造水平是衡量國家的制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一,消失模鑄造技術(shù)使得這類零件設(shè)計更為柔性、集成度高,減輕鑄件重量,提高燃油效率。中國缸體、蓋的消失模鑄造技術(shù)還剛起步,處于技術(shù)革新期,需要有一個艱苦的技術(shù)積累過程,但前景光明。

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