汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體消失模鑄造技術(shù)

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋消失模鑄造技術(shù)的研究與應(yīng)用【摘要】 為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)單位功率的重量指標(biāo)、油耗指標(biāo)及尾氣排放指標(biāo)，我們研究并開(kāi)發(fā)了消失模鑄造直列四缸二氣門下置凸輪柴油機(jī)缸體、缸蓋產(chǎn)品。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝、鑄造環(huán)節(jié)流程工藝和鑄鐵材料性能，使每臺(tái)套缸體、缸蓋消失模鑄件產(chǎn)品與普通砂型鑄件相比，技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，生產(chǎn)成本大幅下降。 一、概述 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋的制造水平是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，在很大程度上代表了一個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)的發(fā)展水平。不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低燃油消耗量和減少尾氣排放是汽車工業(yè)自身發(fā)展的內(nèi)在需求，也是外部環(huán)境的客觀要求。鋁合金材料的選用使發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整車的重量

2、得到了有效減輕，促進(jìn)了汽車工業(yè)的發(fā)展。但是，汽車技術(shù)的進(jìn)步對(duì)原材料、能源的節(jié)約和環(huán)境保護(hù)提出了更高的規(guī)范要求，使發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率( k W/ 排量L) 越來(lái)越大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋的工作溫度普遍提高，許多局部區(qū)域工作溫度已經(jīng)超過(guò)了200 ( 正常工作溫度為105 左右) ，一方面，鋁合金的力學(xué)性能會(huì)下降很快，顯得不堪重負(fù)；另一方面，如此的高溫使機(jī)油的潤(rùn)滑和導(dǎo)熱作用變?nèi)?，而鑄鐵材料在此溫度下仍然能正常工作并表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。 目前，解決鋁合金在高溫及常溫下力學(xué)性能不高的措施，是在缸體、缸蓋連接螺栓處和缸體與軸承蓋連接螺栓處進(jìn)行鑲鑄灰鑄鐵，以加固螺紋件或灰鑄鐵連接板。這樣做，一方面增加了鑄造的技術(shù)

3、難度和零部件的重量，使制造成本上升；另一方面由于鋁合金與灰鑄鐵的膨脹系數(shù)有差別，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)工作情形下容易產(chǎn)生疲勞裂紋和鑲鑄件的松動(dòng)缺陷。 縱觀鑄造產(chǎn)品成形的全過(guò)程，鋁合金的耗能要比鑄鐵高；而鑄鐵產(chǎn)品的防振能力、自潤(rùn)滑能力和高溫力學(xué)性能遠(yuǎn)大于鋁合金。因此可以預(yù)見(jiàn)，普通灰鑄鐵、高牌號(hào)孕育鑄鐵、合金鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵等材質(zhì)的汽車零部件將越來(lái)越多地受到人們的重視。尤其是蠕墨鑄鐵件，作為一種發(fā)動(dòng)機(jī)新材料，蠕墨鑄鐵與普通灰鑄鐵相比，抗拉強(qiáng)度提高了約75 %，彈性模量增加近40 % ，疲勞強(qiáng)度幾乎是灰鑄鐵的2 倍，用蠕墨鑄鐵取代灰鑄鐵生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體至少可減輕重量10 % ，同時(shí)大大降低了疲勞變形和

4、柴油機(jī)的污染物排放量。國(guó)外已在大功率柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)件上普遍采用蠕墨鑄鐵材料，其具備接近球墨鑄鐵的強(qiáng)度，有類似普通灰鑄鐵的防振、導(dǎo)熱能力及鑄造性能，且又較普通灰鑄鐵有更好的塑性和耐疲勞性能。總之，從目前合金材料的實(shí)際應(yīng)用看，鑄鐵件的力學(xué)性能與高溫性能可滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)未來(lái)發(fā)展的要求。 消失模鑄造的基本原理是采用與所需鑄件形狀完全相同的泡沫塑料模，并加合金收縮率后代替鑄模進(jìn)行造型，泡沫模樣不取出呈實(shí)體鑄型，在澆入金屬液使其氣化后形成鑄件。 與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，消失模鑄造具有以下優(yōu)點(diǎn)： ( 1) 取消了混砂、制芯工序，省去了傳統(tǒng)造型工序中分箱、起模、修型、下芯及合箱等操作，大大簡(jiǎn)化了落砂、鑄件清理及砂

5、處理工序，因而縮短了生產(chǎn)周期。 ( 2) 一方面由于在負(fù)壓下鑄型剛度大，鑄鐵件易于實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮，從而減小鑄件所需的冒口尺寸；另一方面由于泡沫模型簇的組裝自由度大，易于實(shí)現(xiàn)一型多件澆注成形，提高了工藝出品率。 (3) 消失模鑄件機(jī)械加工余量小( 2. 5 3. 5mm) ，壁厚均勻度高，孔徑大于7mm 的內(nèi)部型腔都可以直接鑄出，鑄件重量同比普通砂型鑄件減輕8 %12 % 。 ( 4) 消失模造型干砂中無(wú)需粘結(jié)劑和添加物( 煤粉、膨潤(rùn)土、水) ，既節(jié)約了大量的原材料，又有利于舊砂循環(huán)使用，減輕環(huán)境污染。 安徽全柴集團(tuán)有限公司于1994 年從美國(guó)引進(jìn)了一條完整的消失模鑄造生產(chǎn)線和相關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)，包括預(yù)

6、發(fā)泡機(jī)、制模機(jī)、膠合機(jī)、機(jī)械手、干砂造型和負(fù)壓澆注生產(chǎn)線，經(jīng)過(guò)10 余年的消化吸收與艱苦探索，先后自主研究開(kāi)發(fā)了兩大系列7 個(gè)品種的消失模鑄造普通灰鑄鐵和高牌號(hào)孕育鑄鐵柴油機(jī)零部件產(chǎn)品。 本文重點(diǎn)介紹直列四缸二氣門下置凸輪柴油機(jī)缸體、缸蓋消失模鑄造工藝的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用狀況。 二、泡沫模型結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋消失模泡沫模型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜系數(shù)為一級(jí)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中很難將其一次性發(fā)泡成形。我們參照零件的自身結(jié)構(gòu)和消失模鑄造工藝特點(diǎn),將產(chǎn)品泡沫模型進(jìn)行分片處理，并對(duì)每個(gè)模片進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)，以利于發(fā)泡成形。每個(gè)產(chǎn)品泡沫模型分片數(shù)量的多少及模片結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，直接關(guān)系到消失模鑄造工藝項(xiàng)目

7、的成敗和生產(chǎn)效率的高低。1. 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體泡沫模型結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) ( 1) 目前，國(guó)內(nèi)外在柴油機(jī)和汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的泡沫模型的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)上有較大差異，從分片方案到模片的工藝處理均不盡相同。歐美國(guó)家在分片方案上多采用自缸蓋結(jié)合面至油底殼面水平切分( 包括“V” 形和直列式缸體) 的方式，如圖1 所示。這種分型方案的優(yōu)點(diǎn)是有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大批量生產(chǎn)，且膠合線互不干涉，膠合質(zhì)量有保證； 不足之處是膠合線較多且大部分分布在非加工面上，外觀的整體美感不及普通砂型鑄造件。與之配套的模片工藝處理較大的地方是將曲軸箱沿起模方向進(jìn)行局部封實(shí)和鏤空處理，如圖2 所示。 這種模片工藝處理方案的優(yōu)點(diǎn)是有利于實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)

8、的簡(jiǎn)化，進(jìn)而對(duì)模片的發(fā)泡成形穩(wěn)定性和提高制模效率有積極的推動(dòng)作用； 不足之處是盡管在模片的局部厚大處采取了等壁厚鏤空處理，以盡量減少由于局部封實(shí)而帶來(lái)的鑄件重量增加，但由于受到起模高度和模片對(duì)孤島狀芯模的強(qiáng)大包緊力作用的限制，所以使鏤空處理的效果難如人意。圖1 水平布置圖2 局部封實(shí)式曲軸箱結(jié)構(gòu) ( 2) 亞洲一些國(guó)家的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體消失模工藝方案大致可歸結(jié)為兩種類型： 以日本為代表的外形整體制模、內(nèi)部鑲嵌缸套式工藝( 如圖3 所示) 。以中國(guó)為代表的水平分型與豎直分型相結(jié)合的工藝( 如圖4 所示) 。圖4 水平分型與豎直分型結(jié)構(gòu)工藝 外形整體制模、內(nèi)部鑲嵌缸套式工藝分型方案的優(yōu)點(diǎn)是主體模型的剛性

9、好，外形美觀，用膠量小，尺寸精度高，缸套單獨(dú)制模減小了模片的發(fā)泡成形難度； 不足之處是缸套模片與外形整體模片膠合時(shí)在豎直方向上出現(xiàn)了貼合面，當(dāng)完全依靠機(jī)械化操作時(shí)不能保證膠合質(zhì)量，必須用人工補(bǔ)膠的手段來(lái)配合，這既降低了生產(chǎn)效率，又給質(zhì)量的穩(wěn)定性帶來(lái)了隱患。與之配套的模片工藝處理較大的地方是將曲軸箱沿起模方向進(jìn)行局部封實(shí)，并從曲軸箱的外壁在局部封實(shí)部位作等壁厚鏤空內(nèi)凹處理，如圖5 所示。圖5 局部?jī)?nèi)凹式曲軸箱結(jié)構(gòu)工藝 這種模片工藝處理方案的優(yōu)點(diǎn)是既能最大限度地減輕鑄件的重量，又能有效地減小泡沫模片對(duì)側(cè)面芯塊的包緊力( 鏤空處理所用的成形芯塊可安裝在側(cè)面整體式抽芯模板上) ，使泡沫模片成形質(zhì)量得到

10、提高。與之配套的曲軸箱凸模模具采取了整體式脫模與局部滑塊相結(jié)合的成形工藝，其優(yōu)點(diǎn)是增加了泡沫模片成形的靈活性，并減少了零件結(jié)構(gòu)堵實(shí)面積； 不足之處是制模工序變得復(fù)雜，既延長(zhǎng)了泡沫模片的制模周期，又縮短了模具的使用壽命。水平分型與豎直分型相結(jié)合工藝方案的優(yōu)點(diǎn)是既保證了曲軸箱的原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不變，又實(shí)現(xiàn)了泡沫模片制模的自動(dòng)化，能夠滿足大批量生產(chǎn)的需要。發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的理念是在滿足使用性能的前提下盡量減輕各個(gè)零部件的重量，因此曲軸箱的原始設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的( 如圖6 所示) ，內(nèi)腔有密布的強(qiáng)化筋條和強(qiáng)化幅板，這些結(jié)構(gòu)用普通砂型鑄造工藝是容易實(shí)現(xiàn)的，而用消失模成形工藝采取豎直方向起模卻無(wú)法達(dá)到順利脫模的

11、目的。如果采用圖4 所示的分型方案，就可將產(chǎn)品豎直方向的結(jié)構(gòu)按水平制模工藝來(lái)發(fā)泡成形了，鑄件的重量不額外增加。與普通砂型鑄造的缸體鑄件相比單件重量減小10kg 左右，不僅降低了生產(chǎn)成本，也提高了鑄件的質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能; 不足之處是水平膠合線與豎直膠合線有交叉，易在此處出現(xiàn)膠合不良現(xiàn)象。補(bǔ)救的辦法是先人工檢查再涂敷密封膠，圖7 為實(shí)物鑄件。圖6 砂型鑄造衢州箱體結(jié)構(gòu)圖7 長(zhǎng)行程增壓中冷干式缸套四缸缸體 缸蓋 綜合以上國(guó)內(nèi)外幾種有代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體消失模工藝方案，根據(jù)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，我們認(rèn)為對(duì)于要求大批量生產(chǎn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體消失模鑄件而言，采用水平分型和將曲軸箱沿起模方向進(jìn)行局部封實(shí)，并從曲軸箱

12、的外壁在局部封實(shí)部位作等壁厚鏤空內(nèi)凹處理的完全自動(dòng)化的制模和膠合方案較佳。 2. 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋泡沫模型結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)目前，國(guó)內(nèi)外在柴油機(jī)和汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的泡沫模型的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)上有少許不同，而分型方案的處理漸趨一致，這主要是出于泡沫模片的成形質(zhì)量、脫模的便利性和整體模型的膠合質(zhì)量來(lái)考慮的；而泡沫模型的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)上有少許不同主要是由于鑄件的材質(zhì)不同而采取的相應(yīng)措施。由于鋁合金的澆注溫度在720 左右，鐵合金的澆注溫度在1440 左右，如此大的澆注溫差導(dǎo)致了在鋁合金消失模鑄造工藝上能實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)( 如7mm 以上的孔很容易直接鑄出) ，在鐵合金消失模鑄造工藝上卻難以實(shí)現(xiàn)( 如12mm 以下的孔直接鑄

13、出時(shí)很容易出現(xiàn)粘砂和堵實(shí)現(xiàn)象) ，這就要求我們針對(duì)不同的鑄件材質(zhì)來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的消失模鑄造工藝結(jié)構(gòu)。但是無(wú)論鑄件的材質(zhì)如何變動(dòng)，其鑄件的泡沫模片的成形質(zhì)量、脫模的便利性和整體模型的膠合質(zhì)量方面的要求是一樣的。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的泡沫模型分型方案比較一致的做法是水平逐層切割，原則是保證包含進(jìn)排氣道的模片能在兩開(kāi)合的模具結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)順利脫模。 如圖8 所示，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋泡沫模型水平逐層分割成4 只模片，各自單獨(dú)發(fā)泡成形后按順序膠合成一個(gè)整體。這種作業(yè)方式的優(yōu)點(diǎn)是有利于組織實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大批量生產(chǎn)，且制模質(zhì)量穩(wěn)定。圖9 所示為一典型的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋泡沫模型簇澆注工藝方案。這是一次造型一箱6 件缸蓋鑄件的澆注工藝方案，其

14、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按均衡凝固理論，采取A直A橫1A橫2A內(nèi)= 11. 22. 21. 6 。其優(yōu)點(diǎn)是鑄造工藝出品率高，可達(dá)80 % ，且每?jī)芍桓咨w泡沫模型組裝成的小模型簇有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)化浸涂料的生產(chǎn)工藝，可極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。圖9 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋澆鑄工藝方案三、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋消失模鑄造工藝的生產(chǎn)實(shí)踐 1. 技術(shù)要求 缸蓋材質(zhì)為HT250，化學(xué)成分為wCu = 0. 6 % 1. 0 %，wCr = 0. 3 % 0. 5 %，抗拉強(qiáng)度250 MPa；鑄件需經(jīng)消除內(nèi)應(yīng)力處理，硬度為187 255 HBS，硬度差不大于40 HBS ( 在氣門座孔附近檢查)；未注明鑄造圓角半徑為3

15、5mm，起模斜度為12，未注壁厚為5 + 1- 0. 5mm；加工后進(jìn)行水壓試驗(yàn)，在0. 4 MPa 壓力下2min 不得有滲漏現(xiàn)象。 2. 消失模鑄造原材料的應(yīng)用 珠粒成分為ST MMA ( 80 %P MMA+ 20 %EPS)，屬于一種高分子聚合物，在生產(chǎn)時(shí)，用戊烷作為添加劑，使其反應(yīng)發(fā)泡。因?yàn)槲焱榈膿]發(fā)度為27 ( 異戊烷) ，所以該產(chǎn)品的保存方式為 15 或直接冷藏，并應(yīng)建立完善的檢測(cè)手段，要保證預(yù)發(fā)珠粒在制模時(shí)的戊烷含量在8 % 9. 5 %。ST MMA 原始珠粒直徑為0. 3 0. 5 mm，預(yù)發(fā)密度為21g/ L 。熱溶膠成分為碳?xì)浠衔飿渲?，閃點(diǎn)為232 ，密度為0. 92

16、g/ cm3，固含量為99 %，顏色為琥珀色，在82 以下有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。涂料成分為鋁硅酸鹽耐火原料、軟化水溶劑、有機(jī)物固定劑、有機(jī)物流動(dòng)性控制劑和滅菌劑。涂料粘漿稀釋前最好先拌勻然后放置過(guò)夜，攪拌器需具備可變速電動(dòng)機(jī)和一個(gè)有相當(dāng)容量及緩沖板裝置的容器，攪拌時(shí)不要把空氣泡卷入粘漿里。另外，攪拌速度會(huì)顯著地影響涂層的粘滯性，因此，產(chǎn)生最好效果的理想速度確定以后，應(yīng)維持使用這一攪拌速度。 鐵合金消失模鑄造之所以選用共聚物P MMA 作為主要原材料來(lái)制造模型，主要有以下幾個(gè)方面的原因： ( 1) 泡沫模型燃燒后在鑄件內(nèi)的碳?xì)埩魳O少( 0. 05 %)，通常不會(huì)對(duì)鑄件組織造成危害，鑄件的成品率較高。

17、 ( 2) 泡沫模型抗變形能力強(qiáng)，彈性恢復(fù)性能好( P MMA 泡沫模型抗變形彈性復(fù)原能力可達(dá)到98 % 以上，而EPS 泡沫模型抗變形彈性復(fù)原能力只能達(dá)到92 %) 。 (3) 由于共聚物P MMA 珠粒容易成形的粒徑可以更小( 最小零件壁厚大面積成形可達(dá)到4 mm，漸變截面零件最小起始壁厚可達(dá)到2mm)，泡沫模型成形能力強(qiáng)，提高了產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)的自由度。 ( 4) 共聚物PMMA 珠粒對(duì)發(fā)泡劑的屏蔽作用較強(qiáng)，可存放更長(zhǎng)的時(shí)間( 原始珠?？纱娣? 個(gè)月以上，預(yù)發(fā)珠?？纱娣? 個(gè)月以上)，提高了制模的經(jīng)濟(jì)性。 (5) 共聚物PMMA 泡沫模型的成形設(shè)備無(wú)需專門設(shè)計(jì)，與EPS 泡沫模型所用的成形設(shè)

18、備一樣即可，且其熟化時(shí)間較短，尺寸穩(wěn)定性好，縮短了生產(chǎn)周期。 ( 6) 共聚物PMMA 泡沫模型具有較寬的密度范圍( 2132g/ L)，以滿足成形性和可鑄造性，人們?cè)谶x擇共聚物PMMA 珠粒時(shí)就可以避開(kāi)碳缺陷的影響去重點(diǎn)考慮其他方面的有效因素；而EPS 泡沫模型的成形密度范圍雖然較寬，但滿足可鑄造性能的密度范圍卻較窄(20 22g/ L) 。 ( 7) 共聚物PMMA 泡沫模型的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎曲變形能力與EPS 泡沫模型接近，如表1 所示。 3. PMMA 碳?xì)埩舴治?用共聚物PMMA 泡沫模型材料進(jìn)行消失模鑄造之所以碳?xì)埩羯伲饕幸韵聨讉€(gè)方面的原因： ( 1) PMMA 含有的

19、碳原子數(shù)目較少，這可以從單體分子結(jié)構(gòu)的組成中看出來(lái)，PMMA 為2 C4H6O2- ) n 2 C7H6 - ) n之比為58 。 ( 2) PMMA 含有的氧原子可以將碳原子帶走。當(dāng)澆注金屬液時(shí)，氧原子可與碳原子結(jié)合生成CO 氣體逸出型外而將碳原子帶走。每個(gè)PMMA 單體分子結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)氧原子，也就意味著能帶走兩個(gè)碳原子。這樣一來(lái)，兩者熱解后的碳原子數(shù)目之比變成了38 。 ( 3) PMMA 的熱力學(xué)穩(wěn)定性差，進(jìn)而導(dǎo)致其遇到高溫時(shí)能夠快速熱解。而EPS 則因?yàn)楹斜江h(huán)結(jié)構(gòu)，所以顯得熱力學(xué)穩(wěn)定性較好，進(jìn)而導(dǎo)致其遇到高溫時(shí)熱解速度較慢，且即使苯環(huán)結(jié)構(gòu)熱解了，也會(huì)伴隨著氫氣的逸出而產(chǎn)生大量的碳。

20、( 4) PMMA 和EPS 兩種材料熱解的形式不同。前者多以氣體的方式逸出型外，即使有少量的碳黑在型砂中聚集，也很容易通過(guò)砂處理的除塵系統(tǒng)將其去除，型砂的流動(dòng)性不受影響；而后者多以粘滯液體的形態(tài)漂浮在金屬液的表面并長(zhǎng)時(shí)間的滯留，很容易同金屬液一起被卷入到模型型腔內(nèi)，進(jìn)而產(chǎn)生碳夾雜。另外，這種粘滯液體一旦滯留在了型砂中，還會(huì)影響到型砂的流動(dòng)性。 在不同狀態(tài)下兩種材料燃燒后的殘留物含量和鑄件的增碳量如表2 所示。4. 消失模鑄造成品率統(tǒng)計(jì)與分析 消失模鑄造成品率統(tǒng)計(jì)如表3 所示。 從表3 可看出，漏水是消失模鑄造生產(chǎn)中出現(xiàn)的主要廢品，如果解決了此項(xiàng)問(wèn)題，鑄件的成品率可以達(dá)到90 % 以上。解決辦

21、法如下： 我們首先對(duì)漏水部位的取樣經(jīng)過(guò)丙酮的潔凈處理后用電子能譜儀進(jìn)行表面元素的化學(xué)分析，然后又對(duì)漏水部位的取樣經(jīng)過(guò)固定拋光和硝酸酒精溶液的腐蝕后，用金相顯微鏡進(jìn)行微觀組織的觀察，結(jié)果見(jiàn)圖10 12 。圖11 機(jī)體組織100X圖12 石墨長(zhǎng)度100X 元素能譜分析顯示在鑄件漏水部位的表面組織中碳元素的含量最多。從圖10 12 中可清楚地看到，在鑄件漏水部位的表面組織中有明顯的縮松缺陷，其石墨形態(tài)為枝晶片狀( E 型) ，石墨長(zhǎng)度3 6mm，基體組織約為85 %F+ P ( 樣品規(guī)格為5mm4mm4mm，主檢儀器為倒置式金相顯微鏡，檢測(cè)依據(jù)為GB 7216 1987) 。這就提示我們?cè)谙ｈT造

22、生產(chǎn)過(guò)程中，鐵液的澆注成形并沒(méi)有將泡沫模型完全燃燒和分解掉，而是有殘余的碳化物留在了鑄件的內(nèi)部，并沿著鑄件的斷面彼此之間相互連接構(gòu)成了穿透式碳夾雜。缸蓋加工后進(jìn)行水壓試驗(yàn)，在0. 4MPa 壓力下2min 就會(huì)有滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)這種碳化物的殘留量很少，漏水現(xiàn)象僅表現(xiàn)為輕微的滲漏時(shí)，還可以通過(guò)高壓( 約0. 7MPa) 將堵漏的浸滲液壓進(jìn)滲漏部位將其堵塞; 而如果這種碳化物的殘留量很多，漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，鑄件只能作報(bào)廢處理。為了降低鑄件中這種碳化物的殘留量，我們采取了以下措施：降低珠粒的預(yù)發(fā)密度、直澆道泡沫模型鏤空處理、橫澆道與內(nèi)澆道整體式發(fā)泡成形、模型簇采用整體式一次性浸涂料和增大造型澆注時(shí)的型

23、內(nèi)負(fù)壓度等，效果顯著。 隨著生產(chǎn)實(shí)踐的深入，我們發(fā)現(xiàn)如圖10 所示的縮松缺陷在泡沫模片的疏松部位形成的鑄件中同樣出現(xiàn)，這主要是由于預(yù)發(fā)珠粒的質(zhì)量不穩(wěn)定造成制模時(shí)泡沫模片產(chǎn)生疏松，進(jìn)而在浸涂料時(shí)涂料滲入泡沫模片，使?jié)沧⒌蔫T件產(chǎn)生夾涂料的缺陷，此處就會(huì)發(fā)生漏水現(xiàn)象。為此我們一方面采取適當(dāng)提高預(yù)發(fā)溫度和縮短熟化周期的辦法來(lái)盡量減少戊烷的揮發(fā)，以提高制模時(shí)模片內(nèi)部珠粒之間的融合度; 另一方面，試驗(yàn)用電加熱的方式來(lái)進(jìn)行珠粒的預(yù)發(fā)，爭(zhēng)取最大限度地減少戊烷的揮發(fā)量。這兩種方式均收到了較好的效果。 四、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋消失模鑄鐵件的成本優(yōu)勢(shì)和裝機(jī)臺(tái)架試驗(yàn) 1. 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋消失模鑄鐵件的成本優(yōu)勢(shì) 我們以N485 (

24、DI) 型發(fā)動(dòng)機(jī)消失模鑄造缸蓋( 見(jiàn)圖13) 為例與普通砂型鑄件進(jìn)行比較，結(jié)果消失模鑄件單件重量減輕了5kg ( 消失模鑄件重39kg，普通砂型鑄件重44kg) 。如果從消失模鑄造總的生產(chǎn)成本噸單位價(jià)格來(lái)計(jì)算，消失模鑄造總的生產(chǎn)成本比普通砂型鑄造每噸節(jié)約650 元人民幣( 消失模鑄造總的生產(chǎn)成本噸單位價(jià)格約為5250 元人民幣，普通砂型鑄造總的生產(chǎn)成本噸單位價(jià)約為5900 元人民幣) 。對(duì)于汽車行業(yè)大批量生產(chǎn)特點(diǎn)來(lái)講，運(yùn)用消失模鑄造工藝來(lái)組織生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋是具有成本優(yōu)勢(shì)的，經(jīng)濟(jì)效益顯著。圖13 直噴式孕育鑄鐵四缸柴油機(jī)汽缸蓋2. 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋消失模鑄鐵件裝機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)通過(guò)機(jī)械加工并裝機(jī)做臺(tái)架

25、試驗(yàn)，臺(tái)架試驗(yàn)依據(jù)： GB 1105 1987 內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)方法。GB/ T 9486 1988 柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)排氣煙度測(cè)量方法。結(jié)果見(jiàn)表4 。從表中可看出，采用消失模鑄造缸蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)在扭矩工況下的油耗指標(biāo)下降了1. 5g/ kWh、排氣溫度下降了9 、煙度下降了0. 1FSN： 在標(biāo)定工況下的排氣溫度同比下降了19 、煙度下降了0. 2FSN。不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率( kW/ 排量L) 、降低燃油消耗量和減少尾氣排放既是汽車工業(yè)自身發(fā)展的內(nèi)在需求，也是外部環(huán)境的客觀要求。根據(jù)消失模鑄造缸蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用消失模鑄造工藝來(lái)組織生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋會(huì)促進(jìn)汽車工業(yè)的發(fā)展。 五、幾點(diǎn)體會(huì)

26、 ( 1) 鑄件的收縮率 在真空負(fù)壓狀態(tài)下澆注成形的灰鐵鑄件，其水平方向和豎直方向上的鑄件最終收縮率有所不同，水平方向約為1. 9 % 2. 2 %，垂直方向約為1. 3 % 1. 5 %。在最終確定產(chǎn)品模具的收縮率之前，應(yīng)先用與產(chǎn)品泡沫模型材料相同的泡沫板材裁剪出大致與產(chǎn)品泡沫模型一樣的樣品進(jìn)行試澆注。待多次試驗(yàn)并取得了穩(wěn)定的收縮率數(shù)值后，再開(kāi)發(fā)產(chǎn)品模具，以免造成不必要的損失。 ( 2) 鑄件的機(jī)械加工余量 通常所指的消失模鑄件的機(jī)械加工余量較小，其值接近精密鑄造的設(shè)置( 如規(guī)格為480mm190mm90mm 的缸蓋鑄件，其6 個(gè)外圍輪廓面的機(jī)械加工余量均設(shè)定為2. 5mm) 。需要說(shuō)明的是

27、這種設(shè)置的前提要保證鑄件的收縮率正確，否則就要適當(dāng)加大其余量數(shù)值。 ( 3) 泡沫模型的壁厚 通常鑄件的壁厚在技術(shù)要求上都允許有一定的公差，對(duì)于消失模鑄造工藝來(lái)講最好取其壁厚的上限，不能一味地追求鑄件重量的減輕，要平衡綜合效果。尤其是缸蓋產(chǎn)品中的進(jìn)排氣道，當(dāng)鑄件的壁厚 5mm 時(shí)，很容易產(chǎn)生漏水缺陷，其原因主要是當(dāng)生產(chǎn)中的珠粒預(yù)發(fā)環(huán)節(jié)不穩(wěn)定時(shí)，壁厚較薄的地方在制模時(shí)珠粒之間很難融合好，導(dǎo)致模片有疏松缺陷，進(jìn)而在浸涂料時(shí)會(huì)造成涂料內(nèi)滲，澆注的鑄件就會(huì)有漏水現(xiàn)象。需說(shuō)明的是多加的工藝壁厚應(yīng)添置在不影響氣道性能和冷卻水容積的一側(cè)。 ( 4) 泡沫模型鏤空處理工藝 對(duì)于局部厚大的泡沫模型和較深的孔，可

28、以采用兩端封實(shí)、中間鏤空的處理工藝。這樣一來(lái)，既可以節(jié)約珠粒原料，又可以減少碳夾雜及表面富碳給鑄件帶來(lái)的不良影響。 (5) 泡沫模型膠合完畢后的存放 經(jīng)過(guò)充分時(shí)效后的泡沫模片，按一定的膠合工藝完成產(chǎn)品泡沫模型的組裝工作后，盡量在7 個(gè)工作日內(nèi)實(shí)現(xiàn)鑄件的澆注成形工作。如果泡沫模型膠合完畢后存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則容易發(fā)生泡沫模片脫膠現(xiàn)象。若脫膠層的深度在鑄件的機(jī)械加工余量范圍內(nèi)，尚不能對(duì)鑄件的質(zhì)量構(gòu)成影響： 若脫膠層的深度超越了鑄件的機(jī)械加工余量范圍，就會(huì)發(fā)生由于涂料的內(nèi)滲而造成鑄件內(nèi)部產(chǎn)生夾涂料現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致鑄件在高壓試水時(shí)出現(xiàn)滲漏缺陷。 ( 6) 模型簇的一次浸涂工藝 泡沫模型簇組裝好后，最好采取一

29、次性浸涂料的工藝，這時(shí)只要將涂料的波美度適當(dāng)提高一些，且使涂層的厚度在0. 5mm 左右即可。如果采用兩次浸涂工藝，即第一次浸涂烘干后再進(jìn)行第二次浸涂烘干，既使涂層的厚度仍維持在0. 5mm左右，其涂料層的透氣性和對(duì)液相泡沫的吸附性也會(huì)極大地降低，易在鑄件內(nèi)產(chǎn)生碳夾雜、表面富碳和氣孔。這主要是由于第二層涂料將第一層涂料上的微孔覆蓋了許多造成的。為了保證模型簇的一次浸涂工藝獲得成功，在泡沫模片設(shè)計(jì)時(shí)就要注意避免產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)直角或交接面過(guò)渡不暢的現(xiàn)象，不然一則會(huì)在浸涂時(shí)產(chǎn)生大量的氣泡： 二則會(huì)在浸涂后的涂層上產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而影響浸涂效果。 ( 7) 消失模鑄造與普通砂型鑄造的比較 兩者在經(jīng)典的鑄造原理上是相通的，普通砂型鑄造預(yù)留的一些工藝出砂孔，在消失模鑄造工藝布局時(shí)依然需要，甚至還要多開(kāi)一些工藝孔。因?yàn)?/p>