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

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 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)，我們研究并開發(fā)了直列四缸二氣門下置凸輪柴油機(jī)缸體缸蓋消失模鑄造產(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)流程工藝和采用性能更加的鑄鐵材料，使得每臺(tái)套缸體缸蓋消失模鑄件產(chǎn)品總重量與普通砂型鑄件相比減輕了15kg。發(fā)動(dòng)機(jī)在扭矩工況下的油耗指標(biāo)下降了1.5g/kw•h、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。 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，進(jìn)而也在很大程度上代表了一個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)的

2、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)乃至整車的重量得到了有效減輕，促進(jìn)了汽車工業(yè)的發(fā)展。像美國(guó)的通用汽車GM公司、德國(guó)的寶馬汽車BMW公司、意大利的法塔鋁FATA消失模鑄造公司和法國(guó)的雪鐵龍汽車公司均采用了消失模鑄造工藝來(lái)生產(chǎn)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋以改善發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整車的綜合性能并取得了顯著的效果。汽車時(shí)代的進(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，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率（KW/排量•升）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，兩零部件的許多局部區(qū)域工作溫度已經(jīng)超過(guò)了2

3、00，此時(shí)一方面鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)下降很快，顯得不堪重負(fù)；另一方面發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油正常工作溫度為105，如此的高溫使機(jī)油的潤(rùn)滑和導(dǎo)熱作用變?nèi)?，而鑄鐵材料件在此溫度下仍然能正常工作并表現(xiàn)出優(yōu)異的工作性能。 目前解決鋁合金在高溫及常溫下機(jī)械強(qiáng)度不夠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)難度、增加了零部件的重量，使得制造成本上升；另一方面由于鋁合金與灰鑄鐵的膨脹系數(shù)有差別，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作情形下容易產(chǎn)生疲勞裂紋和鑲鑄件的松動(dòng)缺陷?？v觀鑄造產(chǎn)品成型的全過(guò)程，即從礦石冶煉到鑄件成品，鋁合金的耗能要比鑄鐵高。而鑄鐵產(chǎn)品的防振能力

4、、自潤(rùn)滑能力和高溫機(jī)械性能遠(yuǎn)大于鋁合金，因此可以預(yù)見普通灰口鑄鐵、高牌號(hào)孕育鑄鐵、合金鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球鐵材質(zhì)的汽車零部件將愈來(lái)愈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，蠕墨鑄鐵與普通灰口鑄鐵相比，抗拉強(qiáng)度提高了約75，彈性模量增加近40，疲勞強(qiáng)度幾乎是灰口鑄鐵的2倍，用蠕墨鑄鐵取代灰口鑄鐵生產(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。它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，而又較普通灰鑄鐵有更好的塑性和耐疲勞性能?？傊?，只有鑄鐵件的力學(xué)性能與高溫性能才能滿

5、足汽車乃至發(fā)動(dòng)機(jī)的未來(lái)發(fā)展之要求。 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添加合金縮水率后代替鑄模進(jìn)行造型，泡沫模樣不取出呈實(shí)體鑄型，澆入金屬液使其汽化形成鑄件。與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，消失模鑄造取消了混砂、制芯工序，省去了傳統(tǒng)造型工序中分箱、起模、修型、組芯與下芯、合箱等操作，大大簡(jiǎn)化了落砂、鑄件清理及砂處理工序，因而縮短了生產(chǎn)周期；同時(shí)一方面由于負(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)一型多件澆鑄成型，提高了工藝出品率；消失模鑄件機(jī)械加工余量?。?.53.5mm），壁厚均勻度高，孔徑大于7mm的內(nèi)

6、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%；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），這樣一來(lái)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。消失模鑄造技術(shù)被譽(yù)為 “鑄造中的綠色工程”。在過(guò)去的二十世紀(jì)八十年代，美國(guó)就已經(jīng)把運(yùn)用消失模鑄造工藝來(lái)生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能來(lái)提升其汽車工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，并取得了成功。 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)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)十余年的消化吸收與艱苦探索，先后自主研究開發(fā)了兩大系列7個(gè)品種的消失

7、模鑄造普通灰口鑄鐵HT150、HT200和高牌號(hào)孕育鑄鐵HT250柴油機(jī)零部件產(chǎn)品：R175A單缸柴油機(jī)缸蓋、R175A單缸柴油機(jī)缸體、N485四缸柴油機(jī)排氣管、N485四缸柴油機(jī)飛輪殼、N485四缸柴油機(jī)離合器殼、N485四缸直噴式柴油機(jī)缸蓋、4105ZLQ增壓中冷式四缸柴油機(jī)缸體。參見圖1所示，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。 1 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)泡成型。我們參照零件的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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)每一個(gè)模片進(jìn)行結(jié)

8、構(gòu)工藝設(shè)計(jì)以利于發(fā)泡成型。每一個(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)目的成敗和消失模鑄造生產(chǎn)效率的高低，這是關(guān)系全局的戰(zhàn)略問題。 1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體泡沫模型結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體通常由氣缸、缸筒冷卻水套、缸蓋結(jié)合面強(qiáng)力螺孔、出砂工藝孔、氣門挺桿孔、主油道孔系、機(jī)油回路孔、機(jī)油泵孔、凸輪軸孔（汽油機(jī)多為頂置凸輪，設(shè)置在缸蓋面上）、曲軸孔、曲軸箱、油底殼法蘭、濾清器法蘭、飛輪殼法蘭、冷卻水泵法蘭、機(jī)油冷卻器法蘭、各種強(qiáng)化筋條和輻板等組成。 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)

9、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”型和直列式缸體）的方式。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。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)的簡(jiǎn)化，進(jìn)而對(duì)模片的發(fā)泡成型穩(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，但是由于受到起模高度和模片對(duì)孤島狀芯模的強(qiáng)大包緊力作用之限制，使

10、得鏤空處理的效果難如人意。 水平分型與豎直分型相結(jié)合工藝分型方案的優(yōu)點(diǎn)是既保證了曲軸箱的原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不變（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。內(nèi)腔有密布的強(qiáng)化筋條和強(qiáng)化幅板，這些結(jié)構(gòu)用普通砂型鑄造的工藝是容易實(shí)現(xiàn)的，而用消失模成型工藝采取豎直方向起模卻無(wú)法達(dá)到順利脫模之目的。如果采用之分型方案，就可將產(chǎn)品豎直方向的結(jié)構(gòu)按照水平制模工藝來(lái)發(fā)泡成型了，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只重量小10kg。消失模缸體鑄件為118kg， 普通砂型鑄件為128kg。缸體鑄件的重量減輕不僅降低了生產(chǎn)成本，也提高了鑄件的質(zhì)

11、量和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能），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。不足之處是水平膠合線與豎直膠合線有交叉，容易在此處出現(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。 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，加之筆者多年的生產(chǎn)實(shí)踐，認(rèn)為對(duì)于要求大批量生產(chǎn)的汽車行業(yè)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)化制模和完全自動(dòng)化膠合方案較佳。 1.2發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋泡沫模型結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋通常由進(jìn)氣道、排氣道、冷卻水套、噴油器孔、機(jī)油孔、缸蓋結(jié)合面強(qiáng)力螺孔、出砂工藝孔、氣門挺桿孔、機(jī)油

12、罩殼法蘭面、冷卻水接口法蘭面、各種強(qiáng)化筋條和輻板等組成。 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。經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐和研究發(fā)現(xiàn)：分型方案的處理漸趨一致主要是出于泡沫模片的成型質(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。由于鋁合金的澆鑄溫度在720上下，鐵合金的澆鑄溫度在1440上下，如此大的澆鑄溫差導(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)（比如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)這樣的結(jié)構(gòu)（比如12mm以下的孔直接鑄出時(shí)很

13、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型質(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合的模具結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)順利脫模。 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋泡沫模型水平逐層分割成四只模片，各自單獨(dú)發(fā)泡成型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)部門且制模質(zhì)量穩(wěn)定。圖10所示為一典型的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋泡沫模型簇澆鑄工藝方案。這是一個(gè)一次造型一箱六只缸蓋鑄件的澆鑄工藝方案，其澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按照均

14、衡凝固理論的指導(dǎo)，采取A(直)： A(橫1)：A(橫2)：A (內(nèi))=1：1.2：2.2：1.6。其優(yōu)點(diǎn)是鑄造工藝出品率高，可達(dá)80%，并且每?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)率和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。 2 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋消失模鑄造工藝孕育鑄鐵件的生產(chǎn)實(shí)踐 2.1 技術(shù)要求 材質(zhì)HT250，加銅、鉻，0.61.0%Cu，0.30.5%Cr，抗拉強(qiáng)度不低于250 MPA;鑄件需經(jīng)消除內(nèi)應(yīng)力處理，硬度為187255HBS，硬度差不大于40HBS單位，在氣門座孔附近檢查;未注明鑄造圓角半徑為35mm，起模斜度為12度， 未注壁厚為5(+1，-0.5)mm

15、;加工后進(jìn)行水壓試驗(yàn)，在0.4MPA壓力下，歷時(shí)2min不得有滲漏現(xiàn)象。 2.2 消失模鑄造原材料應(yīng)用 珠粒成分為STMMA(80%PMMA+20%EPS)， STMMA是屬于一種高分子聚合物，在生產(chǎn)反映的同時(shí)，使用戊烷作為添加劑，使該產(chǎn)品在應(yīng)用中可以發(fā)泡。而戊烷本身的揮發(fā)度為27(異戊烷)，所以該產(chǎn)品的保存方式為<15以下或直接冷藏，并建立完善的檢測(cè)手段，要保證預(yù)發(fā)珠粒在制模時(shí)的戊烷含量在89.5%。STMMA原始珠粒直徑為0.30.5mm，預(yù)發(fā)密度為21g/l。熱溶膠成分為包含有醋酸乙烯和聚丙烯的聚烯烴塑料碳?xì)浠衔飿渲珽VA，閃點(diǎn)為232，比重為0.92g/cc，固含量為99%.粘

16、度為500cps121，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、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馬達(dá)，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。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找到以后，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PMMA作為主要原材料來(lái)制造模型，有以下幾個(gè)方面的原因：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；泡沫模型抗變形能力強(qiáng)，彈性恢復(fù)性能好(P

17、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%)；由于共聚物PMMA珠粒容易成型的粒徑可以更小(最小零件壁厚大面積成型可做到4mm，漸變截面零件最小起始壁厚可做到2mm)，泡沫模型成型能力強(qiáng)，提高了產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)的自由度；共聚物PMMA珠粒對(duì)發(fā)泡劑的屏蔽作用較強(qiáng)，可以存放更長(zhǎng)的時(shí)間(原始珠粒可以存放6個(gè)月以上，預(yù)發(fā)珠?？梢源娣?個(gè)月以上)，提高了制模的經(jīng)濟(jì)性；共聚物PMMA泡沫模型的成型設(shè)備無(wú)須專門設(shè)計(jì)，與EPS泡沫模型所用的成型設(shè)備一樣即可。況且其熟化時(shí)間較短，尺寸穩(wěn)定性好，縮短了生產(chǎn)周期；共聚物PMMA泡沫模型具有較寬的密度范圍，以滿足成型

18、性和可鑄造性（2132g/l）。人們?cè)谶x擇共聚物PMMA珠粒時(shí)就可以避開碳缺陷的影響去重點(diǎn)考慮其它方面的有效因素。EPS泡沫模型的成型密度范圍較寬，而滿足可鑄造性能的密度范圍卻較窄（2022g/l）；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。 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?，主要有以下幾個(gè)方面的原因：PMMA含有的碳原子數(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（-CH2C4H6O2-）n，EPS為（-CH2C7H6-）n，兩者的碳原子數(shù)目之比為5:8； 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

19、以與碳原子結(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?yōu)榱藶?:8；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)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。況且即使苯環(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；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)將其趕走，造型砂的流動(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，很容易連同

20、金屬液一起被卷入到模型型腔內(nèi)，進(jìn)而產(chǎn)生碳夾雜。一旦這種粘滯液體滯留在了型砂中，同時(shí)會(huì)影響到型砂的流動(dòng)性。在不同的狀態(tài)下兩種材料燃燒后的殘留物含量和鑄件的增碳量。 2.3消失模鑄造成品率統(tǒng)計(jì)與分析 從以上表3的數(shù)據(jù)處理可以看到，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)問題，鑄件的成品率可以達(dá)到90%以上。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（探測(cè)數(shù)斑尺寸大小為0.5×0.5mm，采樣深度10nm，結(jié)果見表4。然后我們又對(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)果見圖1214。 從表4中我們

21、可以清楚地看到，在鑄件漏水部位的表面組織中碳元素的含量最多(主檢儀器為ESCALAB250，Thermo electron corporation)。從圖1214中我們可以清楚地看到，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>36mm，基體組織85%F+P（樣品規(guī)格為5×4×4mm，主檢儀器為倒置式金相顯微鏡，檢測(cè)依據(jù)為GB7216-87）。這就提示我們?cè)谙ｈT造生產(chǎn)過(guò)程中，鐵水的澆鑄成型并沒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，并且沿著鑄件的斷面彼此之間相互連接構(gòu)成了穿透式碳加雜。缸蓋加工后進(jìn)行

22、水壓試驗(yàn)，在0.4MPA壓力下，歷時(shí)2min就會(huì)有滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。如果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，我們還可以通過(guò)高壓（7個(gè)大氣壓）將堵漏的浸滲液壓進(jìn)滲漏部位將其堵塞。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)泡成型、模型簇采用整體式一次性浸涂料和增大造型澆鑄時(shí)的型內(nèi)負(fù)壓度，效果顯著。 隨著生產(chǎn)實(shí)踐的深入，我們發(fā)現(xiàn)像圖12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

23、，進(jìn)而在浸涂料時(shí)涂料滲入泡沫模片，使得澆鑄的鑄件產(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；另一方面實(shí)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。這兩種方式均已收到了較好的效果。 3 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) 3.1 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(DI)型發(fā)動(dòng)機(jī)消失模鑄造缸蓋為例進(jìn)行與普通砂型鑄件作比較，結(jié)果消失模鑄件單只重量減輕了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)成本噸位價(jià)

24、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)成本噸位價(jià)約為5900.元人民幣）。對(duì)于汽車行業(yè)的大批量組織生產(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。 3.2 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)架試驗(yàn)，臺(tái)架試驗(yàn)依據(jù)：.GB1105-87 內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)方法；GB/T9486-88 柴油機(jī) 穩(wěn)態(tài)排氣煙度測(cè)量方法。結(jié)果見表5。我們可以看出，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/kw&#8226;h、排氣溫度下降

25、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&#8226;升）、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。 4幾點(diǎn)體會(huì) 鐵水凈化和鑄件的縮水率問題：在真空負(fù)壓狀態(tài)下澆鑄成型的灰鐵鑄件對(duì)鐵水的要求應(yīng)比砂型鑄造還要高，這主要是前者是實(shí)型鑄造而后者是實(shí)型空腔鑄造。前者在鐵水燒蝕泡沫模型的同時(shí)更容易產(chǎn)生一些熔渣，這既會(huì)導(dǎo)致渣孔出現(xiàn)，也會(huì)使后序的孕育處理產(chǎn)生影響。另外，在

26、真空負(fù)壓狀態(tài)下澆鑄成型的灰鐵鑄件，其水平方向和豎直方向上的鑄件最終縮水率有所不同，前者約為1.92.2%，后者約為1.3.5%;在最終確定產(chǎn)品模具的縮水率之前，應(yīng)先用與產(chǎn)品泡沫模型的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)行試澆鑄。待多次試澆鑄并取得了穩(wěn)定的縮水率數(shù)值后，再開發(fā)產(chǎn)品模具，以免造成不必要的損失。 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（像規(guī)格為480×190×90的缸蓋鑄件，其六個(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)明的是這種設(shè)置的前提要保證鑄件的縮水率正確，否則就要適當(dāng)加大其余量數(shù)值。

27、 泡沫模型的壁厚問題：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，不能夠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)鑄件的壁厚小于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，澆鑄的鑄件就會(huì)有漏水現(xiàn)象。需要說(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)。 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，可以采用兩端封實(shí)中間鏤空處理工藝的處理工藝。這樣一來(lái)，既可以節(jié)約珠原料，又可以減

28、少碳夾雜和表面富碳給鑄件帶來(lái)的不良影響。 泡沫模型膠合完畢后的存放問題：經(jīng)過(guò)充分時(shí)效后的泡沫模片，按照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)鑄件的澆鑄成型工作。如果泡沫模型膠合完畢后存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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)成威脅；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。 模型簇的一次浸涂工藝：泡沫模型簇組裝好后，最好采取一次性浸涂涂料的工藝。這時(shí)只要將涂料的玻美度適當(dāng)提高一些即可。涂層的厚度在0.5mm左右即可。

29、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，即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)液相泡沫的吸附性都會(huì)極大地降低。容易在鑄件內(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涂料層上的微孔給覆蓋了許多造成的。為了保證模型簇的一次浸涂工藝獲得成功，我們的泡沫模片設(shè)計(jì)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。 消失模鑄造與普通砂型鑄造的看法：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，甚至還要多開一些工藝孔。因?yàn)橄ｈT造既要有進(jìn)砂和出砂孔，有要有涂料的進(jìn)入和流出孔。千