压缩机缸盖模具设计及其消失模铸造.pdf

消失模铸造特种铸造及有色合金2 0 0 7 年第2 7 卷第4 期气泵压缩机缸盖模具设计及其消失模铸造徐先宜1叶升平1吴志超1李斌2(1 华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室；2 湖北随州随通机械有限公司)摘要介绍了气泵压缩机缸盖的三维造型、泡塑模具设计，消失模铸造试验及工艺改进过程。试验表明，根据缸盖泡沫模样分片方案设计出4 副成型模具，能制造出密度较低、表面光洁、尺寸稳定的缸盖泡沫模片；采用三个内浇道组成的顶注工艺能够有效地避免狭小空腔处的高温烧结现象。关键词消失模铸造；模具设计；缸盖中图分类号T G 2 4 l；T G 2 4 9 6文献标志码A文章编号1 0 0 1 2 2 4 9(2 0 0 7)0 4 一0 2 8 9 一0 3美国B e n d i x 公司的T 一5 0 1 1 3 9 6 型缸盖1，2 1 是用于气泵压缩机上的一种含有夹层的复杂薄壁结构件。目前生产该件的厂家采用覆膜砂制芯，但存在砂芯定位不准、内部粘砂等问题，废品率较高。因此尝试用消失模铸造技术来生产这种复杂缸盖。1工艺设计模样的成型，因此在泡沫模型的尺寸确定后要先将模型分片，然后单独设计各片的模具。分片时应尽量减少模片的数量和避免活块或抽芯。分片越少，开发的模具数量就越少，成本就越低；同时模片越少，模片粘结后得到的泡沫模样的尺寸误差越少，最终铸件的精度越高。根据缸盖的结构，最终选择缸盖的模型分3 大片和1 小片，图2 为泡沫模样分片图。燃苎鬟黧黧差瀑誉篓苎黧募嘉篇喜釜耋蔫篡毳鬻哿篇喜耋要、乏曼曼曼冀?鼍碍皇苎竺。黑些篓因监翼篓篓 竺磊：釜崭妄舅；并藉爵葛：羞；釜纂聋磊嚣；某葛譬!至耄虑犁挚i0 过擘中堂收孳：3。一般情况下，泡萎蕃裕石莘磊葑螽蒙菇并：s j!。芜棼；浜建豢簇茸爰是沫模型的尺寸在铸件尺寸基础上放大1 3。寸稳之后，根据泡沫三维设计图，检查干燥稳定后磊片收稿日期：2 0 0 6 1 2 2 0第一作者简介：徐先宜，男，1 9 8 2 年出生，硕士研究生，华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室，武汉(4 3 0 0 7 4)，电话：1 3 4 7 6 2 2 1 8 5 5，E n 商1：x u x i a n y 2 0 0 5 t o nc o m2 8 9 万方数据万方数据特种铸造及有色合金2 0 0 7 年第2 7 卷第4 期1 6 浇注系统设计及模片组合设计缸盖浇注系统的时候，必须考虑缸盖在砂箱中的放置位置。根据缸盖的空腔结构，最终选择带有4 个孔的面朝上放置，最大程度的填砂并减少死角。试验选用的浇注系统是顶注系统，模样组合及浇注系统组合过程中，选用的是A s h l a n d 公司的A B 冷胶。1 7 涂覆涂料及烘干将模样和浇注系统粘结完毕后，开始给白模上涂料。把带浇注系统的缸盖模样浸入搅拌均匀的涂料液中，摆动模样让涂料进入缸盖空腔中反复几次取出，让多余涂料朝不同的通孔中流出。放入烘房内烘干，烘房温度控制在4 5 左右，时间约为2 4h。烘干后再检查模样和浇注系统涂层有无缺陷，若有，需修补烘干，放在烘房中保存，以免回潮。根据涂料的稠稀程度，确定挂涂料的次数，一般2 次。1 8造型由于空腔有很多狭窄区域，容易形成死角，故选用颗粒细小、流动性能较好的圆形珠粒砂粒造型。试验中，先后使用过石英砂、宝珠砂。加砂紧实过程分为加底砂、放置模样、均匀加砂同时振动紧实，直到获得一个紧实度很高的铸型。振动紧实过程中，要求干砂能够进入缸盖模样的每个空腔部位，并且不能损害模样。砂粒主要从缸盖顶端的几个孔进入空腔，填满整个夹层，图3 为空腔部分的填砂示意图。图3空腔部分填砂示意图1 9 浇注及清理铸件铸件材质为H T 2 5 0，浇注温度为14 5 0 左右，浇注时抽o 0 3 5M P a 负压。抽负压的作用是紧实干砂，防止冲砂和铸型崩溃，同时加快排气速度和排气量，提高充型能力，减少铸件表面的碳缺陷 6 。浇注结束后，保持砂箱内恒定的负压1 0m i n 左右。铸件冷却后，除去浇注系统和空腔内的砂粒，对铸件进行抛丸处理。2缺陷分析从两个夹层之间把缸盖切开分割成3 片(见图4)，可以观察到狭窄空腔处有烧结现象。主要原因是与内浇道连接处浇注温度过高，使该处的砂粒产生烧结，此2 9 0外，还有局部粘砂现象 7 。原因可能是涂料涂覆不好，在该处涂层过薄，金属液流经该处时，涂料强度不能承受金属液的冲击，金属液冲破该处薄弱涂层，渗入砂粒间空隙，从而产生粘砂现象。另外，空腔部分填砂不满，或者紧实过程中局部狭窄区域砂粒紧实不够，负压浇注时，金属液也会突破涂层，产生粘砂烧结现象。图4 缸盖内部缺陷图3工艺改进图5 为改进前后的浇注系统示意图。改进后的浇注系统在对应的狭窄区域不连接横浇道，但仍保留模样自带的内浇道让它成为冒口，起排渣作用。(a)改进前(b)改进后图5浇注系统改进图将改进浇注系统后的模样，上完涂料烘干后埋箱造型，重新浇注。选用美国A s h l a n d 涂料和C A R B O 陶粒砂。结果表明该涂料和砂粒对于该工艺而言效果较好，烧结现象基本克服，但还有局部粘砂，见图6。图6 使用C A R B 0 陶粒砂和A s h l a n d 涂料得到的铸件解剖图4结论(1)提出缸盖泡沫模样的分解4 片的方案，设计出 万方数据万方数据复合材料特种铸造及有色合金2 0 0 7 年第2 7 卷第4 期点焊电极表面电火花沉积复合涂层的组织和性能谢志雄李怀君黄华董仕节(湖北汽车工业学院材料工程系)摘要采用振动电极电火花沉积的方法在点焊电极表面得到合金复合涂层，用X R D、s E M、E D X，显微硬度仪以及焊接试验研究了涂层的显微组织和性能。结果表明，沉积涂层是由T i C、C u、c u N i z T i 组成的复合涂层；复合涂层形貌的主要特征是表面呈现裂纹以及由于电弧放电引起的飞溅坑；涂层与基体之间是良好的冶金结合；在1N 载荷下复合涂层的显微硬度H V 高达l1 4 4。与无涂层的电极相比，电火花沉积处理的电极寿命提高了1 4 倍。关键词电火花沉积；复合涂层；碳化钛；点焊电极中图分类号T G 4 4；T B 3 3 1文献标志码A 文章编号1 0 0 1 2 2 4 9(2 0 0 7)0 4 一0 2 9 1 一0 3电火花沉积处理(E l e c t r o d eS p a r k i n gd e p o s i t i o nP r o c e s s，E S D)是一种近期发展起来的表面改性技术，由于高效、简单、低成本，近年来受到越来越多的关注 1 3 。电火花沉积处理实质上是一个脉冲电弧微焊表面处理过程。它通过脉冲电源，利用运动的电极棒与工件接触，产生周期性的电弧，高温电弧将需要涂敷的材料熔化，熔敷在工件表面，达到表面修复的目的。由于电火花沉积处理脉冲周期极短(1 1 0 肚s)，故它的热输入量极少，工件变形小。零件经电火花沉积处理后可以提高其耐磨性、抗氧化能力以及耐蚀性。在焊接领域，它能提高点焊电极的寿命，尤其是在焊接镀锌钢板时，电火花沉积处理的T i C 涂层能阻碍或减少点焊电极与镀锌层的合金化，从而大大提高电极寿命。本课题利用振动电极棒的方式对点焊电极进行电火花沉积处理，得到复合E S D 涂层，并对复合涂层的显微组织和性能进行了分析。1试验方法试验采用自制脉冲R C 直流电源，电源空载电压为4 0V，自制带有变频调速器的点焊电极夹具(调频范围O 5 0H z)，设备示意图见图1。试验所用电极为铬锆铜球型电极(简称C u C r Z r 或C C Z 电极)，成分为C u O 8 4 C r-O 0 5 Z r，进行E S D 处理之前采用超声波或丙酮溶液对电极头部进行清洗。振动器电极棒工件夹具图1 振动电火花熔敷示意图所用熔敷棒(电极棒)为自行研制，规格为拳7 5m m3 2m m，化学成分见表1。表l用于沉积的电极棒的化学成分涂层横截面的显微形貌采用美国O m n i m e tI m a g e P r o 图像分析系统，P h i l i pX L 3 0 T M P 扫描电子显微镜进行观察；涂层物相结构采用P h i l i p sXP e r tM P DX 射线衍射分析仪进行分析；力学性能检测采用M H 一5 型显微硬度仪测定涂层的显微硬度，所用载荷是1N，保持时间是2 0s；点焊电极的焊接寿命测试采用D N 2 2 0 0收稿日期：2 0 0 6 1 l 一1 5基金项目：国家自然科学基金资助项目(5 0 5 7 5 0 6 9)第一作者简介：谢志雄，男，1 9 7 7 年出生，硕士研究生，湖北汽车工业学院材料工程系，湖北十堰(4 4 2 0 0 2)，电话：1 5 9 7 1 8 4 8 1 0 6；E m a i l：)【z x h b y a h o o c o m c n4 副手工成型模具，并制得尺寸稳定，表面光洁的泡沫模片。(2)模样和浇注系统组合好后，浸挂涂料并烘干，埋箱造型并紧实，抽负压浇注，3 个内浇道构成的顶注工艺可避开狭窄区域处的高温烧结现象。参考文献 1 K A R E LC E R M A K A na p p r a i s a lo ft h el o s tf o a mp r o c e s s J I n d i a nF o u n d r yJ o u r n a l，1 9 9 1(5)：1 9 2 2 2 c L E G GDAJ E x p a n d e d P o l y s t y r e n em o u l d i n g As t a t u sr e p o r t J F o u n d r yT r a d eJ o u r n a l，1 9 8 5(9)：1 7 7 1 8 0 3 周尧和2 1 世纪需要绿色集约化铸造 J 铸造工程造型材料，1 9 9 8(1)：1 4 1 7 4 洪如瑾u GN xc A D 快速入门指导 M 北京：清华大学出版社2 0 0 3 5 叶升平，吴志超2 0 0 5 2 0 0 6 国内外消失模铸造学术动态 J 铸造，2 0 0 6(1 2)：3 4 3 8 6 黄乃瑜，叶升平，樊自田消失模铸造原理及质量控制 M 武汉：华中科技大学出版社，2 0 0 4 7 黄天佑，黄乃瑜，吕志刚消失模铸造技术 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 5(编辑：陈渭臣)2 9 1 万方数据万方数据气泵压缩机缸盖模具设计及其消失模铸造气泵压缩机缸盖模具设计及其消失模铸造作者：徐先宜，叶升平，吴志超，李斌，Xu Xianyi，Ye Shengping，Wu Zhichao，Li Bin作者单位：徐先宜,叶升平,吴志超,Xu Xianyi,Ye Shengping,Wu Zhichao(华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室)，李斌,Li Bin(湖北随州随通机械有限公司)刊名：特种铸造及有色合金英文刊名：SPECIAL CASTING&NONFERROUS ALLOYS年，卷(期)：2007，27(4)被引用次数：0次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.KAREL CERMAK An appraisal of the lost foam process 1991(05)2.CLEGG D A J Expanded-Polystyrene moulding-A status report 1985(09)3.周尧和 21世纪需要绿色集约化铸造 1998(01)4.洪如瑾 UG NX CAD快速入门指导 20035.叶升平.吴志超 2005-2006国内外消失模铸造学术动态期刊论文-铸造 2006(12)6.黄乃瑜.叶升平.樊自田 消失模铸造原理及质量控制 20047.黄天佑.黄乃瑜.吕志刚 消失模铸造技术 2005 相似文献(10条)相似文献(10条)1.会议论文 熊凯.孟繁瑞.叶升平.管士飞 消失模铸造大型蝶阀阀体实践 2004 利用消失模铸造技术化整为零的优点,实现了DN1200蝶阀阀体消失模铸件的批量生产.本文依次介绍了DN1200蝶阀阀体消失模铸件生产过程中发泡模具设计、模样制作和铸件浇注三个方面的实践.2.期刊论文 叶升平.管士飞.熊凯.孟繁瑞 消失模铸造DN1200蝶阀阀体实践-现代铸铁2004,24(5)充分利用消失模铸造技术化整为零的特点,实现了DN1200蝶阀阀体消失模铸件的批量生产.从泡沫模分片和发泡模具设计、泡沫模样的成型和组装以及浇注系统和铸造工艺等三个方面介绍了消失模铸造DN1200蝶阀阀体的技术要点.3.会议论文 曹宗安.邵明钢.邵明波 消失模铸造生产816箱体的经验与体会 2008 采用消失模工艺生产15系列装载机复杂变速箱箱体,在实际生产过程中遇到的技术问题,经过从模具设计,白模制作、浇注工艺方面加强控制等措施,使铸件取得成功.4.会议论文 吴建化.单忠德.郑正来 消失模铸造模具的关键技术分析 2006 本文在分析消失模铸造特点基础上,结合零件结构特点,分析消失模铸造模具在设计、制造中的关键技术,尤其将生产中容易出现的问题进行了总结与分析,归纳处生产用模具的设计制造准则,可以用于指导生产。5.会议论文 马作俊.韩清环.郑宝泉.刘成文 消失模铸造生产发动机缸体的实践 2008 讨论了消失模铸造缸体基本条件和发展趋势,从模具设计与制造、浇注位置选择及浇注系统设计、泡沫模样的成型组合、涂料、埋箱浇注和过程控制等六个方面,具体介绍了缸体消失模铸造生产的关键操作步骤.6.会议论文 管士飞.叶升平.吴志超 中型蝶阀阀体泡沫模样整体成型发泡模具设计 2004 针对DN500蝶阀阀体泡沫模样在简易立式成型机上整体成型的需要,设计了一种机器开合成型和手工辅助脱模相结合的半自动化模具.模具获得了成功调试,成型出合格的泡沫模样,并实现了铸件的批量生产.7.期刊论文 刘文川.LIU WenChuan 汽车翻转支架消失模模具的设计-中国铸造装备与技术2010(4)简单介绍了61汽车翻转支架铸钢件在蒸压成型机上直接压制泡沫模样消失模模具的结构特点;对其消失模模具设计中的泡沫模样分模方案、模块分模结构及其镶块与活块的优化设计、方案优选作了较详细的评述.8.会议论文 黄乃瑜 对我国消失模铸造技术进一步发展的若干建议 2002 本文介绍了北美消失模技术近五年来的最新发展动态,对我国消失模铸造技术的发展状况进行了重新评估,为推动该技术在我国更健康、更快地发展,提出了若干重要建议.9.期刊论文 谭建波.李志勇.李增民.李立新.靖军.代亚坤.Tan Jianbo.Li Zhiyong.Li Zengmin.Li Lixin.JingJun.Dai Yakun 灰铸铁铁套消失模模具设计-特种铸造及有色合金2009,29(1)以铁套铸件为例,详细描述了基于Pro/E的灰铸铁铁套消失模模具设计过程.根据铁套铸件的结构和消失模模具的制造特点,模具设计采用镶拼形式,活块和框体定位与导向采用燕尾槽结构.结果表明,采用Pro/E软件辅助设计,可大大提高模具设计和制造效率.生产实践表明,模具操作方便,出模顺利、易于粘接,尺寸精确,生产效率高.10.会议论文 陈尧剑.黄天佑.张嘉.胡永沂.康进武 消失模发泡珠粒吹射充型过程的数值模拟 2004 随着消失模技术的发展,消失模白区越来越显示出其重要性,传统白区模具设计中采用的经验加试错法也越来越暴露出其不足之处.本文针对消失模模具设计中的充填问题,借助两相流理论,采用双流体模型来描述充型过程,对消失模发泡珠粒吹射充型过程进行了数值模拟.对消失模发泡珠粒吹射充型过程进行了预测.本文链接：授权使用：吉黑销售区(wfjihei)，授权号：3d9c3674-5d5b-4cb3-86b0-9e7101725aa6下载时间：2011年1月20日