一種鑲缸套鋁合金缸體鑄件的快速制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金缸體鑄件的制造技術(shù)，具體涉及一種鑲缸套鋁合金缸體鑄件的快速制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金缸體是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零件之一，目前主要采用低壓、組芯砂型重力和翻砂鑄造工藝制造。低壓鑄造吸收了重力鑄造中底注平穩(wěn)充型和壓力鑄造中鑄件在壓力下結(jié)晶凝固的優(yōu)點(diǎn)，已成為生產(chǎn)鋁合金鑄件的重要工藝。低壓鑄造設(shè)備的硬件成本投入大，整個(gè)工藝從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)周期很長(zhǎng)，一般適合于單品的批量化生產(chǎn)。組芯砂型重力鑄造鋁缸體鋁合金缸體是近些年在國(guó)內(nèi)外開(kāi)始大量生產(chǎn)的成熟工藝，澆注完畢后用機(jī)械手等工裝將砂型傾翻實(shí)現(xiàn)順序凝固。傳統(tǒng)的制造方式是開(kāi)模具，然后通過(guò)翻砂鑄造，一套模具費(fèi)用在幾十萬(wàn)左右，周期大概在2-3個(gè)月，開(kāi)出的模具需要反復(fù)修模才能達(dá)到要求，并且要考慮拔模斜度、倒鉤等因素；若是研發(fā)階段，制作一套模具可能就制作幾件毛坯，試驗(yàn)不合格又得修改或重新設(shè)計(jì)圖紙，重新制作模具或修改模具，缺乏制作的柔性。
[0003]另一方面，采用鋁合金缸體鑲鑄鐵缸套，鋁鐵的結(jié)合程度和缸套的定位精度是實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)；特別是樣件階段，澆注時(shí)缸套的溫度和溫度梯度直接影響到鋁鐵的結(jié)合率。通常是將缸套在外部加熱后再裝配到要澆注的砂型內(nèi)部，快速澆注完后再傾翻實(shí)現(xiàn)順序凝固。由于缸套加熱后才移動(dòng)裝配到砂型內(nèi)部，溫度會(huì)快速、不均勻下降，安裝時(shí)間很短，對(duì)各工序的操作要求很高，缸套的定位精度會(huì)受到影響，鑄造后鋁鐵的結(jié)合率會(huì)不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生不良品。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一，在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種鑲缸套鋁合金缸體鑄件的快速制造方法，適合單件、個(gè)性化、小批量產(chǎn)品快速制造和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，能快速成功制造出合格的鑲缸套鋁合金缸體鑄件，制造周期短，生產(chǎn)成本低。
[0005]本發(fā)明的目的之二，提供一種鑲缸套鋁合金缸體鑄件的快速制造方法，能使缸套的定位精度高，能精準(zhǔn)地控制缸套的溫度梯度，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)充型，鋁鐵結(jié)合率達(dá)到技術(shù)要求。
[0006]本發(fā)明的目的一是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種鑲缸套鋁合金缸體鑄件的快速制造方法，包括以下順序步驟:第一步，獲取待鑄造的鑲缸套鋁合金缸體的3D數(shù)據(jù)；第二步，3D數(shù)據(jù)分析，確定工藝方案；第三步，3D數(shù)據(jù)分模處理；第四步，型芯的分解制造；第五步，合箱澆注；第六步，清理得到鑄件，其特征在于:在第三步的3D數(shù)據(jù)分模處理中，鑲缸套鋁合金缸體型芯的設(shè)計(jì)分為:一對(duì)直澆道砂型，左砂型，后砂型，底砂型，右砂型，缸套定位工裝，缸套，水套芯，曲軸箱芯組，冒口，前砂型，澆口杯；在第四步的型芯的分解制造中，左砂型、右砂型、前砂型、后砂型、底砂型、冒口、澆口杯、直澆道砂型均采用PDM模型直接銑削加工技術(shù)制作，而水套芯、曲軸箱芯組則采用PCM無(wú)模鑄型制造技術(shù)制作。所述的所有型芯也可全部采用PCM無(wú)模鑄型制造技術(shù)制作。
[0008]模型直接銑削加工技術(shù)及裝備是將CAD計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)、數(shù)控銑削加工技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造工藝有機(jī)結(jié)合而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的一種數(shù)字化制造的綜合技術(shù)及裝備。它利用數(shù)控技術(shù)的銑削加工原理，采用特殊材料的刀具去除多余的材料，實(shí)現(xiàn)模型的快速直接成形而無(wú)需模具，所以稱(chēng)模型直接銑削加工技術(shù)(Pattern Direct Milling，簡(jiǎn)稱(chēng)PDM)。它具有數(shù)字化、精密化、柔性化、綠色化等特點(diǎn)，特別適合單件、個(gè)性化、小批量模型的直接快速制造。
[0009]無(wú)模鑄型制造技術(shù)(PatternlessCasting Manufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng) PCM)是將 CAD計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)、3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造工藝有機(jī)結(jié)合而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的一種數(shù)字化制造的綜合技術(shù)。它利用3D打印的離散/堆積原理，無(wú)需模具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供砂、定量混砂、自動(dòng)鋪砂、自動(dòng)打印墨水(粘結(jié)劑)而膠聯(lián)固化成形，然后下降一層再重復(fù)鋪砂和打印，逐層堆積形成需要的型芯，特別適合單件、個(gè)性化、多品種小批量復(fù)雜型芯的柔性快速制造和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
[0010]通過(guò)鑄造CAE分析，合理的工藝設(shè)計(jì)，采用PDM模型直接銑削加工技術(shù)和PCM無(wú)模鑄型制造技術(shù)能快速成功地制造出合格的鑲缸套鋁合金缸體鑄件，整個(gè)過(guò)程制作周期短，生產(chǎn)成本低。此方法適合包括鋁合金缸體等單件、個(gè)性化、小批量、復(fù)雜產(chǎn)品的快速制造和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
[0011]本發(fā)明的目的二是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0012]所述的缸套定位工裝還設(shè)有輔助工裝，輔助工裝由定位柱安裝座、與缸套數(shù)量對(duì)應(yīng)的定位柱、與定位柱數(shù)量對(duì)應(yīng)的感應(yīng)線圈共同組成，各定位柱分別與定位安裝座用螺桿連接，每個(gè)位定柱除下部開(kāi)孔外，其余為一密封的整體，其上部設(shè)置有一凸臺(tái)，用于與曲軸箱芯組配合定位，各定位柱內(nèi)部中空，用于安裝感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈連接高頻感應(yīng)加熱設(shè)備。進(jìn)一步地，各定位柱與定位柱安裝座配合的圓周方向分別設(shè)置有配合間隙，以調(diào)節(jié)各定位柱之間的尺寸，保證缸套的位置度；定位柱內(nèi)壁與感應(yīng)線圈之間也設(shè)置有配合間隙，調(diào)整感應(yīng)線圈與定位柱的間隙距離和線圈的圈數(shù)可以調(diào)節(jié)對(duì)缸套加熱溫度的均勻性與加熱的速度。
[0013]在第五步合箱澆注之前，把缸套定位工裝安裝在底砂型上，將各個(gè)缸套分別套入定位柱上，從底砂型的底部插入感應(yīng)線圈，把感應(yīng)線圈的接頭分別接上高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，接通高頻感應(yīng)加熱設(shè)備的冷卻管路后通電加熱，用紅外測(cè)溫儀分別測(cè)出缸套上的溫度，當(dāng)缸套上的溫度達(dá)到300-500°C (該溫度視不同產(chǎn)品情況而定)時(shí)停止加熱并記錄加熱所用的時(shí)間，所得出的時(shí)間就是用于后工序合箱澆注前加熱缸套所用的時(shí)長(zhǎng)；在第五步合箱澆注時(shí)，從合好箱的鑄型底部分別插入感應(yīng)線圈并接上高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，打開(kāi)冷卻水，啟動(dòng)高頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行加熱工作并進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到上述加熱缸套所用的時(shí)間馬上停止加熱并切斷高頻感應(yīng)加熱設(shè)備的電源，把原先已熔煉好的鋁液從澆口杯澆入，直到澆注完成并澆注隨爐的試棒，最后待毛坯冷卻清理后得到鑄件。
[0014]通過(guò)輔助工裝來(lái)保證缸套之間的位置精度，輔助工裝的感應(yīng)線圈接上高頻感應(yīng)加熱設(shè)備后能使缸套快速加熱，溫度梯度控制范圍精準(zhǔn)，能有效地保證鋁液的良好充型，澆注出鋁鐵結(jié)合率高的鑲缸套鋁合金缸體。
[0015]本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn):解決了鑲缸套的技術(shù)難點(diǎn)，使其達(dá)到技術(shù)要求的貼合率，缸套的位置度精準(zhǔn)且容易調(diào)整。利用PDM模型直接銑削加工技術(shù)和PCM無(wú)模鑄型制造技術(shù)，具有快速、精確、高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，從而制作出高質(zhì)量的鑲缸套鋁合金缸體，尤其適合單件、個(gè)性化、小批量產(chǎn)品的快速制造和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是鑲缸套鋁合金缸體鑄件的正向立體示意圖。
[0017]圖2是圖1的B-B剖面示意圖。
[0018]圖2-1是圖2的C局部放大圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的型芯設(shè)計(jì)分拆示意圖。
[0020]圖4是圖3型芯合箱后的示意圖。
[0021]圖5是缸套定位及輔助工裝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是圖5的A-A剖面示意圖。
[0023]圖7是圖6的D局部放大示意圖。
[0024]圖8是圖5的E局部放大示意圖。
[0025]圖9是圖3、圖4的澆注系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]參見(jiàn)圖1一圖2，本發(fā)明的鑲缸套鋁合金缸體鑄件成品如圖所示，缸孔內(nèi)的缸套為鑄造一體鑲嵌。缸套一共為四個(gè)，缸套為標(biāo)準(zhǔn)件，客戶直接提供。鑄件材料為ZAl Si 7MgA-T6，鑄件輪廓尺寸為366mm*350mm*278mm，均勻壁厚為4mm，鑄件重量為19.2kg。如圖2_1示，缸套Gl與缸套G2之間是鋁合金L，其間的最小壁厚是2mm，要求缸套的貼合率大于95% ;四缸孔間距滿足±0.4mm尺寸精度要求；三缸孔相對(duì)一、四缸孔位置度小于Φ0.8mm。
[0028]實(shí)施例一，參見(jiàn)圖3、圖4、圖9，鑲缸套鋁合金缸體鑄件的無(wú)?？焖僦圃旆椒?，包括以下順序步驟:第一步，獲取待鑄造的鑲缸套鋁合金缸體的3D數(shù)據(jù)；第二步，3D數(shù)據(jù)分析，確定工藝方案；第三步，3D數(shù)據(jù)分模處理；第四步，型芯的分解制造；第五步，合箱澆注；第六步，清理鑄件、檢驗(yàn)。特別之處在于，在第三步的3D數(shù)據(jù)分模處理中，鑲缸套鋁合金缸體鑄型的設(shè)計(jì)分為:一對(duì)直澆道砂型1、2，左砂型3，后砂型5，底砂型6，右砂型