CN108907086A - 一种合金铸铁缸套铸造模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种合金铸铁缸套的铸造模具，包括造型箱体、覆膜砂芯以及主体芯；所述覆膜砂芯放置在所述造型箱体内，所述主体芯设在所述覆膜砂芯内。本发明结合现有铸造技术，通过呋喃树脂砂和覆膜砂相结合的生产方案，创造性的采用多层进水工艺，以及在铸件顶部设置发热冒口、铸件两侧设置侧冒口，解决了厚大部位补缩的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造模具，尤其是一种合金铸铁缸套的铸造模具，属于金属铸造技术领域。
背景技术
缸套作为发动机的核心部件，工作中承受高温、高压、高负荷，工况十分恶劣，故其性能的优劣至关重要；由于缸套结构复杂，致密度要求极高，其不同部位的微观组织结构、石墨形态、石墨尺寸以及力学性能也均有着十分严格的要求，因此铸造难度很大。长期以来广为采用的离心铸造虽具有组织致密、工效高的特点，十分适合作为规则回转体的气缸套毛坯浇注，但实践中容易产生以下问题：
(1)离心铸造过程中存在大量的过冷石墨，容易形成D型、E型石墨——在100倍显微镜下检查可以发现存在大量游离渗碳体，使缸套抗震性差。其主要原因是离心铸造的金属型外模加快了铁液的冷却凝固速度，导致产生大量过冷石墨和游离渗碳体。而高性能合金铸铁气缸套既要有高强度和硬度，同时还应具有良好好的切削性能和配副性能，其材料组织的理想结构是均匀分布、形态适中的A型石墨，基体以细片状珠光体为佳，之间的碳化物越少越好。
(2)离心铸造过程中内表面在高速旋转状态中直接与空气接触，气流速度大、金属外型冷却快使得铸件趋向于逐步向内侧凝固，导致内侧最后凝固部位容易出现缩松；并且复杂缸套成形过程中，扫气口处由于壁厚相较厚，凝固过程中存在较大的热节，在得不到充分补缩的情况下，更容易出现缩松。
(3)离心铸造过程中铁水冷却过快，熔炼、孕育、浇注过程中产生的熔渣、气体来不及排出，容易残留在铸件内形成气孔、夹渣；甚至有可能在离心铸造过程中产生成分偏析，导致铸件组织不均匀而报废。
总之，离心铸造适于结构较为简单的缸套铸件大批量高效率生产，却由于存在上述问题，并不适用复杂结构的缸套生产。另外，复杂结构缸套通常设置扫气口以及Φ8mm左右的通水孔，此类不能通过机加工获得的特殊孔结构，无法通过离心铸造成型，也不能满足此处的补缩要求。
经检索发现，中国专利公开号为CN 101698219 A ，公开一种负压实型气缸套铸造方法，该申请虽然都属于缸套的铸造及生产领域，但是通过对比可以看出，该申请采用实型铸造，高温铁水融化泡沫模样，在负压下气体排出，从而获得所需的缸套铸件，泥芯的制作采用的是泡沫塑料模样和干砂作为铸件成形面，该工艺方法对缸套成形的关键要点描述不够准确，对特殊结构的缸体无法完成铸造。
发明内容
本发明针对上述提出的技术问题，提出一种合金铸铁缸套的铸造模具，通过对结构的创新，可妥善解决复杂结构合金铸铁缸套铸造瓶颈问题，获得组织致密，微观结构、石墨形态和综合性能优异的合金缸套。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：提供一种合金铸铁缸套的铸造模具，包括造型箱体、放置在所述造型箱体内的覆膜砂芯以及设在所述覆膜砂芯内的主体芯；
所述造型箱体由上箱、中箱和下箱构成，所述上箱设置在对应铸造件顶部的成型位置，其内部通过上箱胎膜预留发热冒口和排气片;所述下箱和中箱分别通过下箱胎模和中箱胎模在对应的箱体内预留出容纳所述覆膜砂芯的空腔；
所述主体芯由上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具构成，所述上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具内分别具有对应所述主体芯外形的制芯空腔，所述制芯空腔内设有浇筑导流孔模以及三层阶梯式浇注入口的胎模；
所述覆膜砂芯由从下至上依次叠加固定的底层芯、花瓣芯、通水孔芯、上花瓣芯以及顶芯组成,在所述底芯、通水孔芯以及花瓣芯的侧面设有侧冒口，所述侧冒口上设置侧冒口芯
本发明的进一步限定技术方案，前述的合金铸铁缸套的铸造模具，所述覆膜砂为常温强度3.0-4.0Mpa、粒度指数AFS60-66、发气量<15ml/g、SiO2含量大于98%的高强度低发气量的覆膜砂。
前述的合金铸铁缸套的铸造模具，所述主体芯的三层阶梯式浇注入口分别设置在铸件底部、缸套扫气口上方热节处以及缸套扫气口下方热节处；缸套扫气口上方热节处以及缸套扫气口下方热节处浇口处设置发热冒口。
前述的合金铸铁缸套的铸造模具，所述上箱胎模由上箱底板以及竖直设置在上箱底板上的浇筑模芯、上箱发热冒口芯和排气片芯构成，所述浇筑模芯竖直设置在上箱底板的中心，所述上箱发热冒口芯和排气片芯对称分布在浇筑模芯的两侧。所述中箱胎模包括中箱底板、中箱模芯以及中箱发热冒口芯，所述中箱模芯设置在所述中箱底板上，所述中箱模芯的外形与所述上花瓣芯以和顶芯的外形匹配，所述中箱发热冒口芯竖直设置在所述中箱模芯两侧的中箱底板上。所述下箱胎模包括下箱底板、下箱模芯以及下箱发热冒口芯，所述下箱模芯竖直设置在所述下箱底板上，所述下箱模芯的外轮廓与所述底层芯、通水孔芯、花瓣芯以及通水孔叠加构成的外形匹配，所述下箱发热冒口芯竖直设置在所述下箱模芯两侧的下箱底板上；所述上箱底板、中箱底板以下箱底板的两侧均设有压模连接座。
前述的合金铸铁缸套的铸造模具，所述通水孔芯呈圆环状，在所述通水孔芯圆周内侧设有成型环，在所述成型环上均布十八根竖直设置的孔芯；所述孔芯与所述成型环连接处设有定位活块，在所述孔芯中设有陶瓷芯骨。
前述的合金铸铁缸套的铸造模具，所述花瓣芯呈圆环状，在所述花瓣芯的内侧壁上均匀布设有多组外形一致的第一凸块，所述第一凸块设置方向与花瓣芯高度方向垂直。所述上花瓣芯呈圆环状，在所述上花瓣芯的内侧圆周均匀分布多组向上设置的第二凸块；所述底层芯、花瓣芯、通水孔芯以及上花瓣芯上设有上下贯通的定位连接孔。
前述的合金铸铁缸套的铸造模具，所述上段主体芯模具由上段底板和设置在所述上段底板上的两片上段成形夹板构成，在所述上段底板上设有上段浇筑导流孔模和第一层阶梯式浇注入口的胎模，两片上段成形夹板通过可拆卸结构安装在所述上段底板上。所述中段主体芯模具由中段底板和设置在所述中段底板上的两片中段成形夹板构成，在所述中段底板上设有中段浇筑导流孔模和第二层阶梯式浇注入口的胎模，两片中段成形夹板通过可拆卸结构安装在所述中段底板上。所述下段主体芯模具由下段底板和设置在所述下段底板上的两片下段成形夹板构成，在所述下段底板上设有下段浇筑导流孔模，两片下段成形夹板通过可拆卸结构安装在所述下段底板上，所述可拆卸结构为通过螺栓接的U形座。
进一步的，前述的合金铸铁缸套的铸造模具，所述上段主体芯模具和中段主体芯模具浇筑入口胎模设有三个入口模，相邻入口模之间夹角为120°。
本发明有益效果是：本发明结合现有铸造技术，通过呋喃树脂砂和覆膜砂相结合的生产方案，创造性的采用多层进水工艺，以及在铸件顶部设置发热冒口、铸件两侧设置侧冒口，解决了厚大部位补缩的难题。该类缸套扫气口的上下处均属于铸造热节圈，由于结构的特殊性，无法在热节处放置冒口，同时高品质合金铸铁材质不能采取冷铁方案，故常规的工艺措施无法解决其补缩问题，本发明并且通过在缸套扫气口上、下两进水口浇口处设置发热冒口，巧妙攻克了复杂结构位置缸套难以补缩的技术瓶颈。对通水孔芯18根直径7.9mm的较小的铸造成型孔，采用覆膜砂制芯，制芯过程中在模具中依次放置18根直径约为2.5mm的陶瓷芯骨，利用陶瓷的高温抗变形能力，在确保18根孔芯强度的同时防止浇注时断芯和变形。由于模具结构较为复杂，该热芯模具同时设计了结合活块设计，以便于起模、下芯骨等，有效保证了其尺寸精度。
附图说明
图1为本发明合金铸铁缸套结构示意图。
图2为图1的A-A剖面示意图。
图3为本发明铸造模具组装结构图。
图4为本发明缸套覆膜砂芯结构示意图。
图5为本发明上段主体芯模具结构示意图。
图6为本发明中段主体芯模具结构示意图。
图7为本发明下段主体芯模具结构示意图。
图8为本发明上箱胎模结构示意图。
图9为本发明中箱胎模结构示意图。
图10为本发明下箱胎模结构示意图。
图11为本发明覆膜砂芯的底层芯结构示意图。
图12为本发明覆膜砂芯的通水孔芯结构示意图。
图13为本发明覆膜砂芯的花瓣芯结构示意图。
图14为本发明覆膜砂芯的上花瓣芯结构示意图。
图15为本发明覆膜砂芯的顶芯结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种合金铸铁缸套的铸造模具，结构如图1至图15所示，包括造型箱体、放置在所述造型箱体内的覆膜砂芯以及设在所述覆膜砂芯内的主体芯4；造型箱体由上箱1、中箱2和下箱3三个箱体造型构成，上箱设置在铸造件顶部成型位置，在上箱内通过上箱胎膜预留出发热冒口和排气片，下箱和中箱通过下箱胎模和中箱胎模在对应的箱体内预留出容纳覆膜砂芯的空腔；主体芯采4用上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具分三段制成，上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具均为两片模具组装构成，在主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具内构成制备主体芯的空腔，在制备主体芯的空腔内设有浇筑导流孔模以及三层阶梯式浇注入口的胎模；覆膜砂芯由底层芯5、花瓣芯6、通水孔芯7、上花瓣芯8以及顶芯9由下至上依次叠加固定构成，在底芯、通水孔芯以及花瓣芯的侧面设有侧冒口，侧冒口上设置侧冒口芯10。
主体芯的三层阶梯式浇注入口分别设置在铸件底部、缸套扫气口上方热节处以及缸套扫气口下方热节处；缸套扫气口上方热节处以及缸套扫气口下方热节处浇口处设置发热冒口。主体芯采用上段主体芯模具11、中段主体芯模具12和下段主体芯模具13分三段制成，上段主体芯模具11由上段底板111和设置在上段底板上的两片上段成形夹板112构成，在上段底板上设有上段浇筑导流孔模113和第一层阶梯式浇注入口的胎模114，两片上段成形夹板通过螺栓接的U形座115连接，并安装在上段底板111上；中段主体芯模具12由中段底板121和设置在中段底板上的两片中段成形夹板122构成，在中段底板上设有中段浇筑导流孔模123和第二层阶梯式浇注入口的胎模124，两片中段成形夹板通过螺栓接的U形座125连接固定，并安装在中段底板上；下段主体芯模具13由下段底板131和设置在下段底板上的两片下段成形夹板132构成，在下段底板上设有下段浇筑导流孔模133，两片下段成形夹板通过螺栓接的U形座135安装在下段底板131上，上段主体芯模具11和中段主体芯模具12的浇筑入口胎模设有三个入口模，相邻入口模之间夹角为120°。
造型箱体由上箱胎模14、中箱上箱胎模15以及下箱胎模16制成的上箱、中箱和下箱三个箱体造型构成；上箱胎模14由上箱底板141以及竖直设置在上箱底板上的浇筑模芯142、上箱发热冒口143芯和排气片芯144构成，浇筑模芯竖直设置在上箱底板的中心，上箱发热冒口芯和排气片芯对称分布在浇筑模芯的两侧。中箱胎模15包括中箱底板151、中箱模芯152以及中箱发热冒口芯153，中箱模芯设置在中箱底板上，中箱模芯的外形与上花瓣芯以和顶芯的外形匹配，中箱发热冒口芯153竖直设置在中箱模芯两侧的中箱底板上。下箱胎模16包括下箱底板161、下箱模芯162以及下箱发热冒口芯163，下箱模芯竖直设置在下箱底板上，下箱模芯的外轮廓与底层芯、通水孔芯、花瓣芯以及通水孔叠加构成的外形匹配，下箱发热冒口芯竖直设置在下箱模芯两侧的下箱底板上；上箱底板、中箱底板以下箱底板的两侧均设有压模连接座17。
覆膜砂芯的通水孔7芯呈圆环状，在通水孔芯圆周内侧设有成型环，在成型环上均布十八根竖直设置的孔芯71，孔芯与成型环连接处设有定位活块72，在孔芯中设有陶瓷芯骨。花瓣芯6呈圆环状，在花瓣芯的内侧壁上均匀布设有多组外形一致的第一凸块61，第一凸块设置方向与花瓣芯高度方向垂直。上花瓣芯8呈圆环状，在上花瓣芯的内侧圆周均匀分布多组向上设置的第二凸块81；底层芯、花瓣芯、通水孔芯以及上花瓣芯上设有上下贯通的定位连接孔。
本实施例采用的覆膜砂为常温强度3.0-4.0Mpa、粒度指数AFS60-66、发气量<15ml/g、SiO2含量大于98%的高强度低发气量的覆膜砂，造型箱体和主体芯均采用呋喃树脂砂制作而成。
由于采用呋喃树脂砂造型，通过多层进水工艺，以及在铸件顶部设置发热冒口、下部法兰两侧设置侧冒口，解决了厚大部位补缩的难题，因该类缸套扫气口上下均属于铸造热节圈，由于结构的特殊性，无法在热节处放置冒口，同时高品质合金铸铁材质不能采取冷铁方案，故常规的工艺措施无法解决其补缩问题，本发明并且通过在缸套扫气口上、下两进水口內浇口处设置发热冒口，巧妙攻克了复杂结构位置缸套难以补缩的技术瓶颈从而可以得到组织致密、满足铸件射线探伤1级、机加工后湿法荧光磁粉探伤2级的无损检测要求的缸套产品。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种合金铸铁缸套铸造模具，包括造型箱体、放置在所述造型箱体内的覆膜砂芯以及设在所述覆膜砂芯内的主体芯；其特征在于：
所述造型箱体由上箱、中箱和下箱构成，所述上箱设置在对应铸造件顶部的成型位置，其内部通过上箱胎膜预留发热冒口和排气片;所述下箱和中箱分别通过下箱胎模和中箱胎模在对应的箱体内预留出容纳所述覆膜砂芯的空腔；
所述主体芯由上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具构成，所述上段主体芯模具、中段主体芯模具和下段主体芯模具内分别具有对应所述主体芯外形的制芯空腔，所述制芯空腔内设有浇筑导流孔模以及三层阶梯式浇注入口的胎模；
所述覆膜砂芯由从下至上依次叠加固定的底层芯、花瓣芯、通水孔芯、上花瓣芯以及顶芯组成，在所述底芯、通水孔芯以及花瓣芯的侧面设有侧冒口，所述侧冒口上设置侧冒口芯。
2.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述覆膜砂为常温强度3.0-4.0Mpa、粒度指数AFS60-66、发气量<15ml/g、SiO2含量大于98%的高强度低发气量的覆膜砂。
3.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述主体芯的三层阶梯式浇注入口分别设置在铸件底部、缸套扫气口上方热节处以及缸套扫气口下方热节处；所述缸套扫气口上方热节处以及缸套扫气口下方热节处浇口处设置发热冒口。
4.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述上箱胎模由上箱底板以及竖直设置在上箱底板上的浇筑模芯、上箱发热冒口芯和排气片芯构成，所述浇筑模芯竖直设置在上箱底板的中心，所述上箱发热冒口芯和排气片芯对称分布在浇筑模芯的两侧；所述中箱胎模包括中箱底板、中箱模芯以及中箱发热冒口芯，所述中箱模芯设置在所述中箱底板上，所述中箱模芯的外形与所述上花瓣芯以和顶芯的外形匹配，所述中箱发热冒口芯竖直设置在所述中箱模芯两侧的中箱底板上；所述下箱胎模包括下箱底板、下箱模芯以及下箱发热冒口芯，所述下箱模芯竖直设置在所述下箱底板上，所述下箱模芯的外轮廓与所述底层芯、通水孔芯、花瓣芯以及通水孔叠加构成的外形匹配，所述下箱发热冒口芯竖直设置在所述下箱模芯两侧的下箱底板上。
5.如权利要求4所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述上箱底板、中箱底板以下箱底板的两侧均设有压模连接座。
6.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述通水孔芯呈圆环状，在所述通水孔芯圆周内侧设有成型环，在所述成型环上均布十八根竖直设置的孔芯；所述孔芯与所述成型环连接处设有定位活块；在所述孔芯中设有陶瓷芯骨。
7.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述花瓣芯呈圆环状，在所述花瓣芯的内侧壁上均匀布设有多组外形一致的第一凸块，所述第一凸块设置方向与花瓣芯高度方向垂直；所述上花瓣芯呈圆环状，在所述上花瓣芯的内侧圆周均匀分布多组向上设置的第二凸块；所述底层芯、花瓣芯、通水孔芯以及上花瓣芯上设有上下贯通的定位连接孔。
8.如权利要求1所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述上段主体芯模具由上段底板和设置在所述上段底板上的两片上段成形夹板构成，在所述上段底板上设有上段浇筑导流孔模和第一层阶梯式浇注入口的胎模，两片上段成形夹板通过可拆卸结构安装在所述上段底板上；所述中段主体芯模具由中段底板和设置在所述中段底板上的两片中段成形夹板构成，在所述中段底板上设有中段浇筑导流孔模和第二层阶梯式浇注入口的胎模，两片中段成形夹板通过可拆卸结构安装在所述中段底板上；所述下段主体芯模具由下段底板和设置在所述下段底板上的两片下段成形夹板构成，在所述下段底板上设有下段浇筑导流孔模，两片下段成形夹板通过可拆卸结构安装在所述下段底板上。
9.如权利要求8所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述上段主体芯模具和中段主体芯模具浇筑入口胎模设有三个入口模，相邻入口模之间夹角为120°。
10.如权利要求8所述的合金铸铁缸套铸造模具，其特征在于：所述可拆卸结构为通过螺栓接的U形座。
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