CN106270408A - 一种涡轮连体排气歧管砂芯的模具及其砂芯的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮连体排气歧管砂芯的模具及其砂芯的制造工艺，包括动模芯盒和静模芯盒，所述动模芯盒上设置左抽块与右抽块，所述左抽块与右抽块分别连接左气缸和右气缸，所述左抽块与右抽块通过燕尾槽设置在动模芯盒内；本发明解决了组合砂芯强度低、组合后误差大、加工尺寸难以保证的技术问题，制作出组合砂芯芯盒，提供一种涡轮连体排气管砂芯，使砂芯能够承受高温铁液的冲击，不易断芯，且变形量小，解决了后续加工尺寸难保证的问题；一般覆膜砂所制流道砂芯承受不了≥1500℃高温冲击，砂芯变形问题；值得应用与推广。

Description

一种涡轮连体排气歧管砂芯的模具及其砂芯的制造工艺

技术领域

本发明属于发动机排气歧管制造技术领域，具体涉及一种涡轮连体排气歧管砂芯的模具及其砂芯的制造工艺。

背景技术

涡轮增压连体排气管因结构复杂，内腔光洁度及精度要求很高，铸造难度大；同时涡轮增压连体排气管承受的温度大都在900℃以上，所以厂家在选择铸件材料上普遍选用高镍奥氏体球墨铸铁甚至奥氏体耐热钢，但生产这两种材料的铸件，浇注的温度都在1500℃以上，这使得一般材料制作出的内流道砂芯根本不能承受如此高的温度，在铁液冲击后砂芯变形严重，内腔尺寸超差，因此对砂芯质量要求很高；

目前国内大多生产厂家在成型排气管内腔时普遍采用分体砂芯，即排气管内腔与涡轮内腔砂芯分开成型，然后将其通过组芯工装组合；但此技术生产的流道砂芯存在组装后误差大，后续加工偏差更大，且排气管流道芯与涡轮流道芯接触处需要粘结，强度较连体砂芯强度低很多，浇注后容易产生断芯现象，给生产涡轮连体排气管的制造厂家带来很大困惑；这使得技术员们联想到如何进行一次性制作砂芯，因此需要一种能够快速制作砂芯的模具及其砂芯的制作工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速制作出带有涡轮增压连体排气管的模具及其砂芯的制作工艺。

实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种涡轮连体排气歧管砂芯的模具，包括动模芯盒和静模芯盒，所述动模芯盒上设置左抽块与右抽块，所述左抽块与右抽块分别连接左气缸和右气缸，所述左抽块与右抽块通过燕尾槽设置在动模芯盒内。

所述动模芯盒和静模芯盒上加热孔与排气孔。

所述左抽块与右抽块组成蜗壳的内流道。

所述加热孔内设置加热棒。

所述动模芯盒上侧面设置射砂口。

一种涡轮连体排气歧管砂芯的制作工艺，包括以下步骤：

a. 覆膜砂的制作：选用SiO₂含量在97%以上，经900℃左右的高温焙烧的原砂后自然冷却至150℃，倒入混砂机中进行搅拌，将其自然冷却至130℃，然后按照原砂的添加量加入1-5.1%的酚醛树脂，在经过混合3-5分钟后加入1-2%的添加剂，然后在混合30-50S后加入10-15%的乌洛托品，在混合后加入0.5-1.2%的硬脂肪酸钙，最后经冷却、破碎、过筛得到氧化铁红覆膜砂；

b. 对砂芯芯盒进行预加热：开启控制柜，按动相关按钮查看设备运行情况是否完好，然后将控制柜上动静模温度参数调整到180±10℃，待温度达到设定温度，开始制芯操作。

c. 制芯：开启设备自动控制按钮，设备进入自动控制状态，动静模芯盒合模→左右抽块进入→射砂板前进，下压到芯盒顶部→对准射砂口进行射砂→设定射砂6～8S结束，射砂板抬起、退回→待加热到180-210S固化时间，气缸压力0.15～0.25MPa带动下左右抽块退回→动静模分开→人工将砂芯取出。

所述添加剂包括增塑剂与氧化铁红，所述氧化铁红与增塑剂的比例为2:1。

本发明采用的固化剂为乌洛托品,其能够促进酚醛树脂的快速固化，保证砂型的尽快固定成型，缩短自作周期；加入硬脂酸钙改善了覆膜砂的流动性，使得砂芯的紧实度提高，砂粒之间的接触点增多，高温下砂芯结构更加稳固；另外硬脂酸钙的增加将提高覆膜砂的熔点和热强度，高温下砂芯保持稳定能力增强，因而能保持较长的高温持久时间，并在较大变形的情况下不会断裂；再一就是能提高覆膜砂的抗热开裂性；采用的添加剂包括增塑剂与氧化铁红粉，其中增塑剂能够提高覆膜砂的热膨胀性；添加氧化铁红粉后，提高了砂的导热性能，可以加快熔融金属的冷却速度，并且使砂芯的热量分布均匀，热量分布越均匀，出现裂缝的几率就越小。

本发明覆膜砂的性能指标：

（1） 熔点100±5℃：在热作用下，覆膜砂不至于过早软化，堵塞射砂口；在制芯时，使砂芯脱壳、不致密的缺陷降低。

（2） 发气量≤13.5ml/g：使铸件出现气孔、起皮缺陷的几率大大降低；

（3） 灼烧减量≤4%：覆膜砂当中的低燃点及可挥发物质的含量较低，提高覆膜砂芯的强度；

（4） 常温抗拉强度≥4.0MPa：提高了砂芯在转运及承压时抗裂性；

（5） 常温抗弯强度≥8.0MPa：提高了砂芯在常温时耐压状态下的抗变形能力；

（6） 热态抗拉强度≥2.0MPa：提高了砂芯在高温状态下的抗裂性能，使铸件内腔不至于产生飞边、披锋缺陷；

（7） 热态抗弯强度≥4.0MPa：提高了砂芯在高温状态下的抗变形能力，使铸件不至于产生壁厚不均匀的现象。

（8） 目数：50～100目≥75%，能够保证其能够建立稳定的砂型结构，保证结构强度。

本发明专利解决了组合砂芯强度低、组合后误差大、加工尺寸难以保证的技术问题，制作出组合砂芯芯盒，提供一种涡轮连体排气管砂芯，使砂芯能够承受高温铁液的冲击，不易断芯，且变形量小，解决了后续加工尺寸难保证的问题；一般覆膜砂所制流道砂芯承受不了≥1500℃高温高温冲击，砂芯变形问题；值得应用与推广。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明动模芯盒的结构示意图；

图3是本发明静模芯盒的结构示意图；

图4是本发明左抽块的结构示意图；

图5是本发明右抽块的结构示意图；

1-左气缸 2-左抽块 3-动模芯盒 4、5、6、7为射砂口 8-右抽块 9-右气缸 10-静模芯盒 11-19为加热孔 20-26为排气孔。

具体实施方式

为了进一步的说明本发明的优越性，对本发明的性能进行不同数据的测试：

第一组：采用相同型砂浇注相同型号的排气管，分别测试其砂芯高温强度、是否出现断芯、下芯是否方便，获得的实验数据如下表所示：

名称	高温强度极限℃	是否出现断芯	下芯是否方便
				分体装配	1280-1392	是	否
本发明	1513-1856	否	是

由上表可以看出虽然均采用相同的型砂但是由于不同的成型方式其呈现出的高温强度极限差距较大，同时也由于粘黏胶的存在使得分体装配容易出现断芯，也使得下芯变得不方便；而采用本装置由于一体成型使得其不仅具备良好的高温强度极限也使得其不会由于第三方因素出现断芯与下芯不便的情况。

第二组：采用相同的装配结构形式，分别采用不同的型砂进行制作，测试其高温强度极限、是否出现断芯、下芯是否方便，获得的实验数据如下表所示：

名称	高温强度极限℃	是否出现断芯	下芯是否方便
				常见型砂	1110-1320	是	否
本发明	1513-1856	否	是

由上表可以看出均采用本发明的装配方式，由于采用的型砂不同其获得的性能差异也很大，可见其不仅仅是由于型砂或装置单独作用的结果，而是两者相结合的协同作用下才产生的。

以下结合附图对本发明进行进一步的说明：

如图1-3所示，一种涡轮连体排气歧管砂芯的模具，包括动模芯盒3和静模芯盒10，所述动模芯盒10上设置左抽块2与右抽块8，所述左抽块2与右抽块8分别连接左气缸1和右气缸9，所述左抽块2与右抽块8通过燕尾槽设置在动模芯盒3内。

所述动模芯盒3和静模芯盒10上加热孔与排气孔。

所述左抽块2与右抽块8组成蜗壳的内流道。

所述加热孔11-19内设置加热棒。

所述动模芯盒3上侧面设置射砂口5-7。

一种涡轮连体排气歧管砂芯的制作工艺，包括以下步骤：

a. 覆膜砂的制作：选用SiO₂含量在97%以上，经900℃左右的高温焙烧的原砂后自然冷却至150℃，倒入混砂机中进行搅拌，将其自然冷却至130℃，然后按照原砂的添加量加入1-5.1%的酚醛树脂，在经过混合3-5分钟后加入1-2%的添加剂，然后在混合30-50S后加入10-15%的乌洛托品，在混合后加入0.5-1.2%的硬脂肪酸钙，最后经冷却、破碎、过筛得到氧化铁红覆膜砂；

b. 对砂芯芯盒进行预加热：开启控制柜，按动相关按钮查看设备运行情况是否完好，然后将控制柜上动静模温度参数调整到180±10℃，待温度达到设定温度，开始制芯操作。

c. 制芯：开启设备自动控制按钮，设备进入自动控制状态，动静模芯盒合模→左右抽块进入→射砂板前进，下压到芯盒顶部→对准射砂口进行射砂→设定射砂6～8S结束，射砂板抬起、退回→待加热到180-210S固化时间，气缸压力0.15～0.25MPa带动下左右抽块退回→动静模分开→人工将砂芯取出。

所述添加剂包括增塑剂与氧化铁红，所述氧化铁红与增塑剂的比例为2:1。

本发明的工作过程：动模芯盒3的加热孔11-15内安装加热杆，在静模芯盒10的加热孔16-19内安装加热杆，与左抽块2、右抽块8组装后安装到热芯盒壳芯机上，然后通电对芯盒加热。加热到设定温度后，工作时动静模3、10通过设备液压缸合模，左右抽块2、8进入动静模3、10中的工作位置，在一定气压下，通过芯盒射砂口4-7，将覆膜砂射入芯盒内，通过180-210S的加热覆膜砂固化，在左气缸1与右气缸9的作用下带动左抽块2与右抽块8退回，动模芯盒10与静模芯盒3分开将涡轮连体排气管砂芯顺利制出。

本发明采用的固化剂为乌洛托品,其能够促进酚醛树脂的快速固化，保证砂型的尽快固定成型，缩短自作周期；加入硬脂酸钙改善了覆膜砂的流动性，使得砂芯的紧实度提高，砂粒之间的接触点增多，高温下砂芯结构更加稳固；另外硬脂酸钙的增加将提高覆膜砂的熔点和热强度，高温下砂芯保持稳定能力增强，因而能保持较长的高温持久时间，并在较大变形的情况下不会断裂；再一就是能提高覆膜砂的抗热开裂性；采用的添加剂包括增塑剂与氧化铁红粉，其中增塑剂能够提高覆膜砂的热膨胀性；添加氧化铁红粉后，提高了砂的导热性能，可以加快熔融金属的冷却速度，并且使砂芯的热量分布均匀，热量分布越均匀，出现裂缝的几率就越小。

本发明覆膜砂的性能指标：

熔点100±5℃：在热作用下，覆膜砂不至于过早软化，堵塞射砂口；在制芯时，使砂芯脱壳、不致密的缺陷降低；

发气量≤13.5ml/g：使铸件出现气孔、起皮缺陷的几率大大降低；

灼烧减量≤4%：覆膜砂当中的低燃点及可挥发物质的含量较低，提高覆膜砂芯的强度；

常温抗拉强度≥4.0MPa：提高了砂芯在转运及承压时抗裂性；

常温抗弯强度≥8.0MPa：提高了砂芯在常温时耐压状态下的抗变形能力；

热态抗拉强度≥2.0MPa：提高了砂芯在高温状态下的抗裂性能，使铸件内腔不至于产生飞边、披锋缺陷；

热态抗弯强度≥4.0MPa：提高了砂芯在高温状态下的抗变形能力，使铸件不至于产生壁厚不均匀的现象。

目数：50～100目≥75%，能够保证其能够建立稳定的砂型结构，保证结构强度。

本发明专利解决了组合砂芯强度低、组合后误差大、加工尺寸难以保证的技术问题，制作出组合砂芯芯盒，提供一种涡轮连体排气管砂芯，使砂芯能够承受高温铁液的冲击，不易断芯，且变形量小，解决了后续加工尺寸难保证的问题；一般覆膜砂所制流道砂芯承受不了≥1500℃高温高温冲击，砂芯变形问题；值得应用与推广。

Claims (5)

1.一种管式不锈钢歧管制造方法，整个歧管按照发动机边界条件及整个排气***走向设计，其特征在于：其制造方法分为零部件制造与歧管焊接两部分，所述零部件包括前法兰、四根不锈钢气道管、连接管、传感器螺母、后法兰五部分，依据弯管及焊接工艺性能划分；四根所述不锈钢气道管的一端分别与所述前法兰连接，另一端在出口处汇成一个整圆，每个出口为1/4圆形，四个半圆直线段间设置十字板；所述连接管上设置传感器螺母，并分别与四根所述不锈钢气道管、所述后法兰相连；

所述前法兰与缸盖接触的表面平面度不大于0.2，其制作流程包括落料、冲孔、磨平面；

所述不锈钢气道管满足弯管工艺性能，弯角半径不能小于1.2倍管径，所述气道管在自动弯管机上加工，所述弯管机带有助推机构；

所述不锈钢气道管的气管进端为圆形，出端为1/4圆形，按出口形状设计冲头，弯管后可在管端成形机上对气管进行管端成形；

所述连接管可用直管管端成形工艺加工，其加工流程包括下直管料、压制成形、冲传感器螺母孔；

所述传感器螺母由数按车加工，以便保证螺纹精度；

所述后法兰与缸盖接触的表面平面度不大于0.2，其制作流程包括落料、冲孔、磨平面；

所述歧管焊接采用MIG焊接工艺，其焊接方法流程包括四根气管道与十字板焊接、四根气道管与前法兰焊接、连接管与传感器螺母焊接、综合焊接；在焊接时，将四根气道管的进端外圆及端面、出端外圆定位压紧，进而焊接十字道及出口外圆处四角；将前法兰一面两销定位夹紧、四根气道管出端外圆定位压紧，进而焊接四根气道管的管口；将连接管外形及转感器螺母内孔定位，进而将转感器螺母安装到连接管螺孔内，在端面压紧后，焊接螺母；将前、后法兰分别一面两销定位压紧，连接管传感器螺母内孔定位，进而焊接连接管两端焊缝；所有焊接完成后，对整个歧管进行气密性试验。

2.如权利要求1所述的管式不锈钢歧管制造方法，其特征在于：所述气道管与所述连接管材料为022Cr18NbTi，壁厚为1.5mm；所述前法兰与所述后法兰厚10mm，材料为Q235；所述传感器螺母材料为12Cr13。

3.如权利要求1所述的管式不锈钢歧管制造方法，其特征在于：所述连接管可用板料拉伸冲压工艺，其加工流程包括落料、拉伸、冲孔、切边、翻边成形、冲传感器螺母孔。

4.如权利要求1所述的管式不锈钢歧管制造方法，其特征在于：所述十字板由两个中间开半通槽的直板组成，可用板料一次冲压成形。

5.如权利要求1所述的管式不锈钢歧管制造方法，其特征在于：所述歧管焊接的焊丝为ER308LSi，氩气流量为20±5L/min，设备采用机械手工作站。