專利名稱：空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鑄造工藝、特別是一種空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法。
背景技術(shù)：
排氣管是柴油機(jī)上一種內(nèi)腔復(fù)雜、尺寸精度要求高的管類鑄件，壁厚5_6mm，重量通常在50-100公斤，常見材質(zhì)有ζΤΓ450-10、ΗΤ250、RUT380等。其結(jié)構(gòu)一般呈空間曲線走勢(shì)，特點(diǎn)是非幾何對(duì)稱。工作時(shí)承受氣壓和水壓，不能有任何影響致密度的缺陷。排氣管又是柴油機(jī)的外露部件，必須有良好的外觀形象。排氣管類零件常用的鑄造方法有潮模砂鑄造、自硬樹脂砂鑄造、鐵型覆砂鑄造、 消失模鑄造等。這幾種鑄造方法各有優(yōu)劣
用傳統(tǒng)潮模砂鑄造排氣管，只能曲面分型，造型時(shí)工人在鑄型中沿著模樣的最大尺寸線挖出分型面，起模時(shí)要不停敲打震動(dòng)模樣，很容易造成型腔擴(kuò)大和分型面拉崩砂。舂砂時(shí)要人工控制緊實(shí)度60-70nb 如過高則起模困難，容易拉崩鑄型；如過低則易形成砂眼、零件表面粗糙、內(nèi)部縮松等而致報(bào)廢。最重要的是該排氣管結(jié)構(gòu)是空間曲線走向，非幾何對(duì)稱，因此坭芯受到的鐵水浮力不平衡，很容易造成坭芯轉(zhuǎn)動(dòng)和上浮，引起壁厚不均，薄處僅 l-2mm甚至直接薄穿；為防止坭芯位移，需要加入芯撐(約Φ 1.5mm)，然而芯撐不熔合又會(huì)帶來漏氣漏水問題?？傊蹦Ｉ肮に囪T造排氣管對(duì)工人技能要求很高，工序繁雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，總廢品率高，導(dǎo)致鑄件成本高。因此，用潮模砂鑄造空間非對(duì)稱薄壁管，不是一種理想的方法。用自硬樹脂砂鑄造排氣管，操作方式和潮模砂類似，其表面質(zhì)量?jī)?yōu)于潮模砂，砂眼廢品率比潮模砂低50%，兩縮廢品率可以降低到5%以下，申請(qǐng)人2010年總廢率約18. %。 但其缺點(diǎn)是1 起模更加困難，模具損壞快，一套模具使用200次就要大修或重做；2 不能解決坭芯上浮和轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的壁厚均勻性問題，只是效果稍好于潮模砂；3 芯撐不熔合問題沒有解決；4 型砂發(fā)氣量大，鑄件容易產(chǎn)生氣孔；5 自硬樹脂砂固化時(shí)間夏季30min冬季 50min，對(duì)生產(chǎn)效率和場(chǎng)地利用率影響大；6 造型材料成本增加，但廢品率下降，使總材料成本與潮模砂鑄造基本持平。因此，自硬樹脂砂對(duì)于空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管的鑄造也不是理想的方法。鐵型覆砂鑄造是一種比較理想的鑄造方式，優(yōu)點(diǎn)是尺寸準(zhǔn)確，鑄件致密度高，拉伸強(qiáng)度比砂鑄可以提高50-100MPa。廢品率很低，生產(chǎn)效率高，從工藝角度出發(fā)是比較適合鑄造排氣管零件的。然而工裝模具等投資額很大，按照長(zhǎng)度700mm的C3000排氣接管計(jì)算，模具投資需要25萬(包含上下模、射砂板等)，鐵型砂箱每套需要3-4萬，通常要制作5套鐵型砂箱才可滿足生產(chǎn)線節(jié)拍。因此工裝模具就需要40余萬。對(duì)于年產(chǎn)500-1000件的小產(chǎn)量排氣管來說，如一年回收模具成本，則每公斤鑄件分?jǐn)偧s為10元，和鑄鐵材料成本相當(dāng)，顯然是難以承受的。因此，采用鐵型覆砂方式是不合算的。消失模鑄造有著多方面的優(yōu)點(diǎn)，近年普及很快。其特點(diǎn)是壁厚均勻、外觀精美、 操作簡(jiǎn)單、材質(zhì)致密、成本低廉等。然而對(duì)于管類零件，用消失模方式生產(chǎn)很容易產(chǎn)生變形問題，而且變形方向隨機(jī)，不好控制。目前消失模鑄造控制變形的手段如用專用的工裝校正好EPS白模，然后用木條粘接固定；或者施加反變形(因結(jié)構(gòu)而定)、改善零件擺放姿態(tài)、 在零件上增加鑄筋等。這些手段對(duì)于部分結(jié)構(gòu)是有效的，特別是對(duì)于幾何對(duì)稱結(jié)構(gòu)的零件。 然而對(duì)于呈空間曲線走向的非對(duì)稱管類零件來說，即便控制好了 EPS白模尺寸，但鑄件各部位在凝固收縮時(shí)所處的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)各不相同，因此就會(huì)蓄積變形應(yīng)力，使得鑄件的變形變得復(fù)雜起來，往往找不到規(guī)律。因此，消失模工藝可靠性不高，不適合此類排氣管零件的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種經(jīng)濟(jì)、可靠的空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法，以解決空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件常見的壁厚不均、變形、漏氣漏水等問題，獲得高品質(zhì)鑄件。本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題 本發(fā)明方法的工藝步驟如下
步驟1 首先選用70/100目自硬樹脂砂手工制作排氣管內(nèi)腔坭芯；在坭芯中加入鋼筋做為芯骨；在坭芯頭用鋼針插出150-170mm深度氣孔；
步驟2 在坭芯表面刷涂醇基石墨涂料，分多次刷涂，刷涂后點(diǎn)火燒干，待用； 步驟3 修整坭芯，刮平坭芯表面，將排氣管EPS白模的左右半模按照內(nèi)腔形狀分別套在坭芯上，試合模，并調(diào)整使得白模與坭芯貼合；
步驟4 取下EPS白模，在其分型面上均勻涂一層專用聚苯乙烯泡沫冷膠，然后將兩半白模套上坭芯，合模，使左右兩半白模均勻粘合； 步驟5 用耐火膠泥堵住芯頭和白模之間的縫隙； 步驟6 在坭芯頭圓周面和端面上纏繞塑料膠帶；
步驟7 在白模上粘接包括直澆道和內(nèi)澆道的澆注系統(tǒng)，整個(gè)澆注系統(tǒng)不需冒口 ； 步驟8 制備水基石英粉涂料，配料按重量比為石英粉膨潤(rùn)土 粘結(jié)劑=80:10:10，水粉重量比為1:1，混勻待用；
步驟9 將白模和坭芯的組合體整體浸入水基石英粉涂料中，浸涂后放入烘干房烘干； 烘干溫度為50°C土 5°C，烘干時(shí)間為3小時(shí)；取出再次浸涂上述水基石英粉涂料，再次烘干， 如此3遍，烘干后待用；
步驟10 將模樣取出，揭去芯頭的石英粉涂料層，撕去塑料膠帶，露出坭芯頭和排氣口，等待造型；
步驟11 造型經(jīng)雨淋加砂口向砂箱內(nèi)放入20/40目石英砂，高度為300 土 50mm，之后放入模樣；再填充20-40目石英砂至模樣周圍，最終砂平面高度與直澆道相平后開啟砂箱進(jìn)行三維震動(dòng)；
步驟12 在直澆道上放置澆口杯，然后在砂平面上鋪一層塑料薄膜，大小完全覆蓋整個(gè)砂箱；在塑料薄膜上覆蓋一層20/40目石英砂；
步驟13 澆注時(shí)對(duì)砂箱抽真空，使砂箱內(nèi)氣壓為0. (MMI3a 土 10%，澆注溫度為1430°C土 10°C，澆注后保持砂箱內(nèi)壓力為0. 02ΜΙ^ 土 10%，保壓6min后，使砂箱內(nèi)回到正常大氣壓； 60min后開箱。
坭芯中的芯骨為Φ8πιπι鋼筋；在坭芯頭用Φ6πιπι鋼針插出氣孔。直澆道和內(nèi)澆道截面積比為1.67:1，直澆道為Φ32πιπι。醇基石墨涂料比重為1. 3-1. 5g/ml，涂層厚度為0. 3-0. 5mm。塑料薄膜上的石英砂厚度為50mm 土 10mm。砂箱震動(dòng)的時(shí)間為單獨(dú)開啟Z向震動(dòng)20S，關(guān)閉Z向后同時(shí)開啟X、Y向震動(dòng)40S ； 振動(dòng)頻率45Hz。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明的方法有效的解決了空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的變形、壁厚不均、以及漏水漏氣等問題，獲得了尺寸準(zhǔn)確、壁厚均勻、材質(zhì)致密、外觀精美、成本低廉的鑄件。鑄件的軸向尺寸偏差小于1mm，各支管端面法蘭位置度偏差小于Imm ；各處壁厚均勻，壁厚誤差小于0. 5mm ；外觀質(zhì)量精美，毛坯表面粗糙度達(dá)到25Ra ；致密度高，采用此種方法后漏氣漏水率為0. 43%，不足傳統(tǒng)砂鑄的十分之一；
(2)工藝總廢品率僅為2.41%，出品率可以達(dá)到83. 35%以上；
(3)工藝簡(jiǎn)單，容易掌握，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，可靠性高；
(4)材料成本低廉，目前為9.57元/Kg，相比潮模砂、自硬樹脂砂鑄造材料成本降低 23. 17% ；另外，生產(chǎn)效率由以前的班產(chǎn)20余條增加到現(xiàn)在的班產(chǎn)50余條(還同時(shí)生產(chǎn)其他產(chǎn)品)，效率提高150%。


圖1是一種空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)排氣管毛坯圖； 圖2是潮模砂鑄造方式模樣分模圖3是本發(fā)明的EPS白模模樣和坭芯粘接組合示意圖； 圖4是圖3的左視圖再旋轉(zhuǎn)90度的視圖； 圖5是圖3的C-C剖面圖； 圖6是圖5的F部局部放大圖； 圖7是本發(fā)明的造型工藝圖； 圖中1一潮模砂模樣分型面2—潮模砂下半模樣3—潮模砂上半模樣4一主坭芯頭 5—一號(hào)支管芯頭 6—二號(hào)支管芯頭 7—三號(hào)支管芯頭 8-EPS白模模樣 9-EPS白模右半模樣10-EPS白模左半模樣11-耐火膠泥12-EPS白模合模、粘接線 13-樹脂砂坭芯剖面 14-坭芯表面的醇基石墨涂料涂層 15-EPS白模表面的石英粉涂料涂層16-20/40目干石英砂17-陶瓷澆口杯18-0.2mm塑料薄膜19一造型用的模樣20-砂箱。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明
步驟1:坭芯準(zhǔn)備將Φ8πιπι鋼筋放入排氣管內(nèi)腔坭芯芯盒中，然后加入70/100目自硬樹脂砂，舂緊實(shí)，此工作要在細(xì)in內(nèi)結(jié)束，防止樹脂砂硬化；舂砂后在坭芯頭正中央用 Φ6πιπι鋼針插出150-170mm深度氣孔；
步驟2 刷涂料制備好200目鱗片狀石墨醇基涂料(可在市場(chǎng)上購(gòu)買)，加入工業(yè)酒精將涂料比重調(diào)整到1. 3-1. 5g/ml之間；分2到3遍刷涂，以坭芯表面涂層厚度在0. 3-0. 5mm 之間為準(zhǔn)。刷涂完放置:3min后點(diǎn)火燒干，自然冷卻后待用；
步驟3:修整坭芯用鋸片或者銼刀刮平坭芯表面的涂料堆積和“淚痕”等。將排氣管 EPS白模的左右半模分別套在坭芯上，試合模，并調(diào)整使得白模與坭芯貼合；
步驟4 合模取下EPS白模，在其分型面上均勻涂一層市售專用泡沫冷膠，然后將兩半EPS白模分別套上坭芯，合模，使得左右兩半白模粘接起來；
步驟5 用耐火膠泥堵住芯頭和白模之間的縫隙，作用是防止后續(xù)浸涂石英粉涂料時(shí)涂料進(jìn)入縫隙；
步驟6 在坭芯頭圓周面和端面上纏繞一圈塑料膠帶，作用是造型前可以快速的剝落坭芯頭上的石英涂料層，利于坭芯排氣；
步驟7:在白模上粘接澆注系統(tǒng)，包括直澆道和內(nèi)澆道，兩者截面積比為1.67:1，直澆道為Φ 32mm，整個(gè)澆注系統(tǒng)不需要冒口 ；
步驟8 制備水基石英粉涂料，配料為石英粉(200目)、K基膨潤(rùn)土、以纖維素為主的粘結(jié)劑(桂林5號(hào))，粉料重量比為80:10:10，水粉重量比為1:1。用波輪混料機(jī)混制4小時(shí)； 步驟9:將白模和坭芯的組合體整體浸入水基石英粉涂料中，然后放入烘干房。烘干溫度為50°C土 5°C，烘干時(shí)間為3小時(shí)。之后第二遍浸涂上述水基石英粉涂料，第二次烘干， 如此3遍，烘干后得到模樣待用；
步驟10 將摸樣取出，用鋸片等挑去芯頭的石英粉涂料層，撕去塑料膠帶，露出坭芯頭和排氣口，等待造型；
步驟11 由雨淋加砂口向砂箱內(nèi)放入20-40目石英砂，高度為300-400mm，之后放入模樣；再填充20-40目石英砂填充模樣周圍，砂平面高度與直澆道相平后開啟砂箱三維震動(dòng)。 震動(dòng)時(shí)間為單獨(dú)開啟Z向20S，關(guān)閉Z向后同時(shí)開啟X、Y向震動(dòng)40S ；振動(dòng)頻率45Hz ；
步驟12 在直澆道上放置澆口杯，然后在砂平面鋪一層塑料薄膜，大小完全覆蓋整個(gè)砂箱后單邊余出200mm，該薄膜厚度通常為0. 2mm。在塑料薄膜上覆蓋一層20-40目石英砂， 厚度為50mm 土 10mm，作用是防止?jié)沧r(shí)鐵水燙破塑料薄膜；
步驟13 澆注時(shí)對(duì)砂箱抽真空，使得砂箱內(nèi)氣壓為0. 04MPa 土 10% ；澆注溫度為 1430°C土 10°C，澆注后保持砂箱內(nèi)壓力為0. 02MPa 土 10%，保壓6min后，使其到正常大氣壓。在60min后開箱。
實(shí)施例1 生產(chǎn)C3000船機(jī)排氣管
零件設(shè)計(jì)壁厚6 土 1mm，軸向尺寸640 土 2mm，支管端面法蘭加工余量3mm。產(chǎn)品經(jīng)解剖實(shí)測(cè)壁厚為5. 88-6. ^mm范圍，軸向尺寸639. 5-641. 6mm，支管端面法蘭平整度相差小于 1mm，漏水漏氣率為0. 33%，零件綜合廢品率2. 28%。2 生產(chǎn)ZC3000排氣接管
零件設(shè)計(jì)壁厚6 土 1mm，軸向尺寸760 土 2mm，兩端軸線偏差要求土 Imm ；產(chǎn)品經(jīng)解剖實(shí)測(cè)壁厚為5. 98-6. 40mm范圍，軸向尺寸760. 2-761. 5mm，兩端軸線偏差為-0. 36到+0. 84mm, 漏水漏氣率為0. 25%，零件綜合廢品率1. 88%。
權(quán)利要求
1.一種空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法，其特征是其工藝步驟如下步驟1 首先選用70/100目自硬樹脂砂手工制作排氣管內(nèi)腔坭芯；在坭芯中加入鋼筋作為芯骨；在坭芯頭用鋼針插出150-170mm深度氣孔；步驟2 在坭芯表面刷涂醇基石墨涂料，分多次刷涂，刷涂后點(diǎn)火燒干，待用； 步驟3 修整坭芯，刮平坭芯表面，將排氣管EPS白模的左右半模按照內(nèi)腔形狀分別套在坭芯上，試合模，并調(diào)整使得白模與坭芯貼合；步驟4 取下EPS白模，在其分型面上均勻涂一層聚苯乙烯泡沫冷膠，然后將兩半白模套上坭芯，合模，使左右兩半白模均勻粘合；步驟5 用耐火膠泥堵住芯頭和白模之間的縫隙； 步驟6 在坭芯頭圓周面和端面上纏繞塑料膠帶；步驟7 在白模上粘接包括直澆道和內(nèi)澆道的澆注系統(tǒng)，整個(gè)澆注系統(tǒng)不需冒口 ； 步驟8 制備水基石英粉涂料，配料按重量比為石英粉膨潤(rùn)土 粘結(jié)劑=80:10:10， 水粉重量比為1:1，混勻待用；步驟9 將白模和坭芯的組合體整體浸入水基石英粉涂料中，浸涂后放入烘干房烘干； 烘干溫度為50°C土 5°C，烘干時(shí)間為3小時(shí)；取出再次浸涂上述水基石英粉涂料，再次烘干， 如此3遍，烘干后待用；步驟10 將模樣取出，揭去芯頭的石英粉涂料層，撕去塑料膠帶，露出坭芯頭和排氣口，等待造型；步驟11 造型經(jīng)雨淋加砂口向砂箱內(nèi)放入石英砂，高度為300 土 50mm，之后放入模樣；再填充石英砂至模樣周圍，最終砂平面高度與直澆道相平后開啟砂箱三維震動(dòng)；步驟12 在直澆道上放置澆口杯，然后在砂平面上鋪一層塑料薄膜，大小完全覆蓋整個(gè)砂箱；在塑料薄膜上覆蓋一層石英砂；步驟13 澆注時(shí)對(duì)砂箱抽真空，使砂箱內(nèi)氣壓為0. (MMI3a 土 10%，澆注溫度為1430°C 土 10°C，澆注后保持砂箱內(nèi)壓力為0. 02ΜΙ^ 土 10%，保壓6min后，使砂箱內(nèi)回到正常大氣壓；60min后開箱。
2.如權(quán)利要求1所述的空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法，其特征是步驟1的坭芯中的芯骨為Φ8πιπι鋼筋；在坭芯頭用Φ6πιπι鋼針插出氣孔。
3.如權(quán)利要求1所述的空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法，其特征是步驟2的醇基石墨涂料比重為1. 3-1. 5g/ml，涂層厚度為0. 3-0. 5mm。
4.如權(quán)利要求1所述的空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法，其特征是步驟7的直澆道和內(nèi)澆道截面積比為1.67:1，直澆道為Φ32mm。
5.如權(quán)利要求1所述的空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法，其特征是步驟11的砂箱震動(dòng)的時(shí)間為單獨(dú)開啟ζ向震動(dòng)20S，關(guān)閉Z向后同時(shí)開啟X、Y向震動(dòng)40S ；振動(dòng)頻率 45Hz。
6.如權(quán)利要求1所述的空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法，其特征是步驟12的塑料薄膜上的石英砂厚度為50mm 土 10mm。
全文摘要
一種空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的鑄造方法，先用自硬樹脂砂制作內(nèi)有芯骨和氣孔的內(nèi)腔坭芯；坭芯表面刷涂醇基石墨涂料，白模與坭芯貼合后用膠泥堵芯頭和白模貼合處上端的縫隙后，白模和坭芯的組合體整體浸入水基石英粉涂料中浸涂、烘干后，清除坭芯頭和排氣口的涂料層再進(jìn)入造型、澆注。本發(fā)明的方法有效解決了空間非對(duì)稱結(jié)構(gòu)薄壁管類鑄件的變形、壁厚不均、以及漏水漏氣等問題，獲得了尺寸準(zhǔn)確、壁厚均勻、材質(zhì)致密、外觀精美、成本低廉的鑄件。且工藝簡(jiǎn)單，容易掌握，廢品率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，可靠性高。
文檔編號(hào)B22C9/22GK102527947SQ20121001222
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者崔煒 申請(qǐng)人:廣西玉林玉柴機(jī)器配件制造有限公司