15l发动机缸体铸造工艺设计.docx

15l发动机缸体铸造工艺设计 随着社会日益重视环境，提高对汽车尾气排放的标准提出了更高的要求。为了满足这种要求,各主机厂加大了对发动机的研发力度,现在大多数厂家都采用了多气门电喷发动机。缸体是发动机的重要部件之一,随着汽车发动机技术的发展,对发动机缸体的尺寸精度和力学性能要求越来越高,因此对缸体铸件的产品质量提出了更高的要求。 我公司为某主机厂新开发一种1.5 L汽车发动机缸体,产品内腔形状复杂,铸件最大轮廓尺寸为400 mm×320 mm×253 mm,重量38 kg,材质为HT 250。加工后缸筒壁厚5 mm,最小壁厚3 mm,并要进行水压、气压渗漏检查,所以要求铸件的力学性能好,组织致密,尺寸精度高,属于典型的复杂薄壁铸件。 1 砂箱、砂芯和砂芯 我公司铸铁分厂是专业生产汽车发动机缸体的单位,设计生产能力为每年30万台。拥有从西班牙进口的气冲造型线和砂处理系统,造型线为水平分型,砂箱内尺寸1 200 mm×800 mm×(350/350)mm;另配套有各种型号的热芯盒射芯机30余台,所有的砂芯都用热芯盒制芯;熔炼设备为德国容克公司5 t变频感应炉;并有铸件清理生产线、烤漆生产线、热处理炉等配套设备。 2 工艺设计 2.1 覆膜砂芯的制备 所有砂芯均采用覆膜砂制芯,除水套芯、油道芯为高强度覆膜砂外,其余为低强度覆膜砂,具体覆膜砂性能见表1。 采用Z8025射芯机热芯盒法制作缸筒芯,将射砂口设置在缸筒方向,为了减轻缸筒芯的重量,减少砂芯发气量,便于砂芯排气,利用下顶芯机构,设置了减重模,从曲轴室方向对砂芯进行抽空,尽可能地减少砂芯的重量,这样既减少了砂芯的发气量,又方便设置砂芯的排气通道;用Z8040射芯机热芯盒法制作水套芯,用Z8612射芯机热芯盒法制作油道芯;用2ZZ8625射芯机热芯盒法制作端芯、浇道芯和定位芯,利用其上下分模的结构,将砂芯的背部减空,这样既减少了覆膜砂的用量,又减少了砂芯的发气量,同时增大了砂芯的排气通道。 砂芯制出、修整好后,先浸(刷)水基石墨涂料,然后再经红外线烘干炉烘干(烘干温度170~180℃,烘干时间50~60 min)。出炉后,等待浇注时间原则上不超过8 h,避免水基石墨涂料吸潮而增大砂芯的发气量。 2.2 mm通气孔 由于覆膜砂芯表面致密,内部较疏松,为了确保水套芯排气通畅,采取组芯前,先在工艺水孔处芯头上钻出φ6 mm通气孔的方法来排气。 为了保证铸件缸筒和水套的壁厚均匀,首先将水套芯、油道芯和定位芯在专用夹具上组合在一起,采用热熔胶粘接,然后再与缸筒芯和端芯进行组合,二次组合不用粘接,而靠砂芯芯头相互定位,这样易于更换,避免因个别砂芯损坏而造成砂芯整套报废,详见图1、图2。 2.3 砂型设计及结果 采用气冲生产线造型,生产节拍设置为40箱/h,气冲压力设定为0.5 MPa,确保砂型的紧实度,避免浇注时冲砂。为了提高生产效率,结合砂箱尺寸,采用了一箱两件的工艺。另外,气冲造型线的分型方式为水平分型,因此要求工艺必须设置为卧浇工艺,而使用的型砂为湿型砂,型砂配比及性能见表2。 为了保证砂型的排气性能,造型后将所有的排气孔全部引穿。砂型必须经吹扫干净、检查合格后方可进入下芯工序。 2.4 下芯吊具、入砂型 为了保证铸件的整体精度,将组合好的砂芯放在下芯胎具上,利用下芯胎具对砂芯的组合质量进行检查,然后用专用下芯吊具将砂芯下入砂型中。 为了确保下芯过程的平稳性,对下芯吊具进行了专门设计,设计为三层框架结构,保证下芯吊具与下芯胎具定位准确后,吊具才能抓取砂芯,下芯吊具与砂箱定位准确后,砂芯再下入砂型内,确保了砂芯在砂型内的位置准确无误,从而保证了铸件整体的尺寸精度。 2.5 浇注铁液过程控制的措施 我公司采用变频感应炉熔炼,在熔炼过程中电磁搅拌能力强,避免了铁液成分不均匀,通过高温过热后镇静,将熔渣可以全部清除,所以铁液质量稳定。同时变频感应炉熔炼铁液的温度也可以得到有效的保证。 由于产品材质属于合金铸铁,又属于薄壁件,为了保证铁液的顺利充型,采取较高的出炉温度(1470~1480℃);孕育方式采用包内冲入法,一包铁液浇注四箱,浇注温度控制在1430~1450℃的范围内。同时为了避免在浇注过程中带入熔渣、浮砂等杂物,在横浇道和分支直浇道搭接处安放了纤维过滤网。 根据用户要求,铸件材质为铜-钼合金,具体化学成分见表3,力学性能、金相组织见表4。 2.6 灌溉系统的设计 2.6.1 发动机缸浇注特点 由于中注式浇注系统具有冲型平稳,铁液对砂芯的浮力较小,抗气孔、夹渣能力强,抗缩松(孔)、渗漏能力强的特点,且内浇道在轴承座处,该处全部是砂芯形成,强度较好,浇注时不会发生冲砂现象,且采用卧浇工艺时水套芯在浇注过程中所受的浮力较立浇工艺大。而发动机缸体要求水压、气压渗漏检查,要求水套、缸筒壁厚均匀,内