1、摘 要近年來(lái)，隨著汽車等交通工具的零部件“輕量化”、“精密化”，對(duì)鋁合金鑄件的需求數(shù)量大增，同時(shí)對(duì)其組織質(zhì)量和性能要求也越來(lái)越高，尤其是薄壁鋁合金消失模鑄件巨大的工業(yè)需求獲得廣泛關(guān)注。針對(duì)當(dāng)前大多數(shù)鑄造工藝在生產(chǎn)鋁合金進(jìn)氣歧管鑄件時(shí)遇到的成型困難、鑄造缺陷多、品質(zhì)低等問(wèn)題，本論文將“消失模鑄造精密泡沫模樣成形”、“熔模精密鑄造制殼技術(shù)”、多項(xiàng)精密鑄造技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出鋁合金消失模殼型鑄造新技術(shù)，用于生產(chǎn)高質(zhì)量較大尺寸復(fù)雜薄壁鋁合金精密鑄件。該工藝有諸多優(yōu)點(diǎn)：泡沫塑料模樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，尺寸穩(wěn)定，收縮小，成本低，能夠產(chǎn)生中大型復(fù)雜緊密鑄件；澆注前脫去泡沫模樣，可避免消失模鑄件易出現(xiàn)的皺皮，夾雜等缺

2、陷；鑄件具有熔模鑄造精鑄件的質(zhì)量，且克服了熔模鑄造不能用于大件及成本高的不足。通過(guò)對(duì)典型復(fù)雜薄壁鑄件鋁合金進(jìn)氣歧管鑄件消失模殼型鑄造工藝的分析研究，選擇合適的工藝參數(shù)及澆注系統(tǒng)，為鋁合金進(jìn)氣歧管鑄件的消失模殼型鑄造實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：鋁合金進(jìn)氣歧管；消失模殼型鑄造；泡沫模樣AbstractIn recent years,along with the "lightweight", "precision" of the vehicle transportation part, the number of aluminum alloy ca

3、stings demand increase, and the quality and performance requirements higher, especially the huge industrial demand of thin-walled aluminum alloy castings lost foam castings gains widespread attention.Aiming at the forming difficulty, casting defects and quality problems of most of the

4、 current casting process encountered in the production of aluminum alloy intake manifold casting,the paper which combines “l(fā)ost foam casting precision foam molding”,“shell casting technology”and a number of precision casting technology developes the aluminum alloy

5、vanishing mould casting new technology for the production of high quality large complex thin-walled aluminum alloy castings.There are many advantages:flexible foam structure design,stable dimension,low shrinkage,low cost and it can produce large and complex compact castings;

6、Before pouring off the foam, it can avoid casting cockle ,inclusions and other defects appearing easily;Casting has precise quality and it overcomes the shortage and high cost for large casting.Through the analysis of the aluminum alloy intake manifold casting shell mould ca

7、sting process,we can select appropriate parameters and pouring system to provide theory evidence and technical support for the practical production of expendable pattern shell type aluminum alloy intake manifold casting.Key words: Aluminum alloy intake manifold; Vanishing

8、60;mould casting; foam pattern目 錄摘 要1Abstract2第一章 緒論41.1課題來(lái)源及背景41.2 消失模殼型鑄造技術(shù)41.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀81.3.1 氣化模用原材料及成型工藝研究現(xiàn)狀91.3.2陶瓷型殼制備工藝研究現(xiàn)狀111.4 研究課題目的、意義及內(nèi)容131.4.1 研究目的及意義131.4.2 研究?jī)?nèi)容14第二章 鑄造結(jié)構(gòu)分析152.1 鑄件材料分析152.1.1 鑄件材料的特點(diǎn)152.1.2 鑄件材料的設(shè)計(jì)要點(diǎn)152.2 鑄件結(jié)構(gòu)分析162.2.1 鑄件結(jié)構(gòu)要求162.2.2 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17第三章 鑄造工藝設(shè)計(jì)183.1泡沫模樣的制備

9、183.2 型殼的制備工藝183.2.1 型殼制備材料的選用183.2.2 型殼的制備193.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)223.4 澆注實(shí)踐24第四章 結(jié)論與展望254.1 結(jié)論254.2 展望26致謝27參考文獻(xiàn)28第一章 緒論1.1課題來(lái)源及背景1958年美國(guó)人Shoyer HF發(fā)明了“無(wú)型腔鑄造法”并獲得專利，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐、探索和改進(jìn)，形成現(xiàn)在得消失模鑄造技術(shù)。在20世紀(jì)80年代中期已發(fā)展到相當(dāng)大的規(guī)模，已成功應(yīng)用到航空、航天和汽車工業(yè)化生產(chǎn)。1999年在德國(guó)杜塞爾多夫舉行的世界規(guī)模最大、最具權(quán)威的鑄造國(guó)際博覽會(huì)（GIFA）指出21世紀(jì)鑄件的發(fā)展趨勢(shì)是 “輕量化”、“精密化”和“復(fù)合

10、化”，并提出“近無(wú)余量鑄件”和“零缺陷鑄件”口號(hào)。隨著國(guó)內(nèi)外航空、航天、兵器、電子等行業(yè)的迅速發(fā)展，新一代飛機(jī)、高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載設(shè)備以及汽車零部件對(duì)其結(jié)構(gòu)重量要求十分苛刻，要求零部件大量采用比強(qiáng)度和比剛度高的鋁（鎂）等輕合金材料，零部件的結(jié)構(gòu)也向整體化、輕量化、空心薄壁化、復(fù)雜化和精密化的方向發(fā)展，因此對(duì)較大尺寸復(fù)雜薄壁的鋁合金精密鑄件的要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越大。然而，采用目前大多數(shù)的鑄造工藝，如重力下的砂型鑄造、壓力鑄造、熔模鑄造以及消失模鑄造等技術(shù)，在成形較大尺寸復(fù)雜薄壁的鋁（鎂）合金精密鑄件時(shí)都遇到了不同程度的問(wèn)題。例如在我國(guó)針對(duì)鋁合金消失模鑄造技術(shù)開展了一系列的基礎(chǔ)研究，也取

11、得了一定的成績(jī)。然而鋁合金消失模鑄件受到一些缺陷的困擾，仍有許多問(wèn)題亟待解決。如：工藝因素對(duì)鋁合金消失模鑄件質(zhì)量影響很大。工藝不穩(wěn)定性一直是困擾鋁合金消失模鑄造的一大難題。例如合金成分、合金精煉變質(zhì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、澆注溫度、澆注方法、泡沫方法和密度、涂料性質(zhì)、型砂種類、冷卻速度等各種因素都會(huì)影響到鑄件質(zhì)量。如何優(yōu)化、穩(wěn)定工藝，提高鋁合金消失模鑄件質(zhì)量一直是亟待解決的問(wèn)題之一。1.2 消失模殼型鑄造技術(shù)與大多數(shù)常用金屬類似，鋁合金鑄造成型許多許多成型工藝中都被人們研究實(shí)踐。鋁合金流動(dòng)性好，結(jié)晶潛熱大，非常適合消失模鑄造。但鋁合金易氧化產(chǎn)生氧化夾雜，體收縮率大且易吸氫，容易形成針孔、縮孔和夾雜等鑄

12、造缺陷的性質(zhì)，使其并不能很好的適應(yīng)傳統(tǒng)的鑄造成型工藝以滿足人們對(duì)鑄件各種結(jié)構(gòu)和性能要求的提高。所以更適合鋁合金鑄造成型的方法工藝伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也層出不窮。砂型鑄造是最傳統(tǒng)的鑄造方式之一。鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。該工藝是利用型砂緊實(shí)成鑄型并設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)用重力澆注的方式完成成型過(guò)程。由于砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)便，對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質(zhì)量，常在砂型和型芯表面刷一層涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高溫化學(xué)穩(wěn)定性好的粉狀材

13、料和粘結(jié)劑，另外還加有便于施涂的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。砂型鑄造工藝包括造型、熔煉與澆注、落砂與清理等工序。在鋁合金砂型鑄造生產(chǎn)中，鑄件中經(jīng)常出現(xiàn)氣孔缺陷。氣孔的存在不但減小鑄件的有效工作面，還產(chǎn)生應(yīng)力集中，顯著降低鑄件的強(qiáng)度和塑性，成為零件斷裂的根源之一。實(shí)際生產(chǎn)中，鋁合金鑄件會(huì)出現(xiàn)多種缺陷，氣孔缺陷是砂型鑄造中經(jīng)常產(chǎn)生的缺陷，是影響鋁鑄件質(zhì)量的重要問(wèn)題。氣孔缺陷常出現(xiàn)在大型鋁鑄件的厚大部位以及中小型鋁鑄件的冒口根部和加工端面。鋁合金砂型鑄造也有一些不足之處：因?yàn)槊總€(gè)砂質(zhì)鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產(chǎn)效率較低；又因?yàn)樯暗恼w性質(zhì)軟而多孔，所

14、以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。熔模鑄造又稱"失蠟鑄造"，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱"熔模精密鑄造"。該工藝是使用熔點(diǎn)低的材料制成尺寸精確且表面光潔度好的零件模型，然后使用耐高溫粘結(jié)劑與耐火粉料以及輔助添加劑配置成糊狀涂料涂覆在熔模表面并敷上合適的骨料，等待涂料干燥硬化，重復(fù)上述操作制得具有一定厚度的型殼，然后加熱型殼脫掉熔模。最后再將脫模好的型殼高溫焙燒，形成具有較高強(qiáng)度的陶瓷型殼。制殼完畢后再向型腔內(nèi)澆注入金屬液，待金屬液冷卻凝固后去掉陶瓷型殼就能獲得與熔模不論是尺寸還是表面光潔度都一致的鋁合金鑄件。同其它鑄造方

15、法和零件成形方法相比較，熔模鑄造最主要的特點(diǎn)是尺寸精度和幾何精度高，表面粗糙度小。目前，精鑄件的尺寸精度可超過(guò)±0.005cm/cm，表面粗糙度最細(xì)可達(dá)R0.631.25m（相當(dāng)于78），因而可以大大減少鑄件的切削加工余量，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)余量鑄造?？设T造形狀復(fù)雜的鑄件熔模鑄造能鑄出形狀十分復(fù)雜的鑄件，也能鑄造壁厚為0.5mm、重量小至1g的鑄件，還可以鑄造組合的、整體的鑄件，以代替幾個(gè)零件的焊接或裝配件，并減輕零件重量。生產(chǎn)靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)熔模鑄造既適用于大批量生產(chǎn)，也適用小批量生產(chǎn)甚至單件生產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程無(wú)需復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備。工裝模具可以采用多種材料和工藝方法制造，便于新產(chǎn)品研制。有些急

16、用的單件，甚至可用模料切削加工和手工制成熔模，能大大縮短試制周期，節(jié)約研制費(fèi)用，所以熔模鑄造生產(chǎn)具有高度的靈活性和廣泛的適應(yīng)性。但同其它鑄造方法相比，熔模鑄造在應(yīng)用上還具有一定的局限性。例如鑄件尺寸不能太大，工藝過(guò)程復(fù)雜，鑄件冷卻速度慢，熔模鑄造在所有毛坯成形方法中，工藝最復(fù)雜，鑄件成本也很高?？傮w與美國(guó)、英國(guó)、歐日等先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)熔模鑄件的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)相比，有明顯的差距，高質(zhì)量的精鑄件比例還很低。壓力鑄造high pressure die casting（簡(jiǎn)稱壓鑄）是目前在鋁合金成型中發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的鑄造技術(shù)之一。其實(shí)質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型（壓鑄模具）型

17、腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。傳統(tǒng)的鋁合金壓力鑄造技術(shù)特性決定了其成型工藝中有許多難以克服的缺陷。如存在型腔內(nèi)原本存在的氣體或充型過(guò)程中產(chǎn)生的氣體無(wú)法排出型腔，從而使得這些氣體在高壓下溶解到金屬液內(nèi)，形成分布在鑄件內(nèi)的微氣孔。這導(dǎo)致鑄件不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，也不能在較高的溫度下使用。針對(duì)這些工藝缺陷，在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上又有許多優(yōu)化的壓鑄工藝被研發(fā)出來(lái)。真空壓鑄工藝是一種控制和減少鋁合金中的氣體卷入量，降低鋁合金中的縮松量和縮松傾向，改善壓鑄件的力學(xué)性能的新型壓鑄工藝。與其他鑄造方法相比，壓鑄有以下三方面優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良。但是壓鑄時(shí)由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)

18、不穩(wěn)定，故采用一般壓鑄法，鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進(jìn)行熱處理，對(duì)內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難，高熔點(diǎn)合金（如銅，黑色金屬），壓鑄型壽命較低，不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機(jī)生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟(jì)，不宜小批量生產(chǎn)。消失模鑄造技術(shù)是將合適密度的EPS泡沫發(fā)泡成與鋁合金鑄造零件相同的形狀（一般將這種泡沫模型叫做白模），并將它們與泡沫制成的澆注系統(tǒng)相粘連成零件模型樹。然后利用粘結(jié)劑和耐火粉料配置成消失模涂料，再將配置好的涂料浸涂或刷涂到白模表面，形成均勻的涂料層。接下來(lái)將耐火涂料低溫（低于EPS泡沫的膨脹變形溫度）烘干后，埋在干砂子中震動(dòng)緊實(shí)。最后將熔融金屬液直接導(dǎo)入鑄型澆口進(jìn)行

19、澆注，在金屬液進(jìn)入過(guò)程中，白模汽化并且金屬液迅速取代白模位置，最后等待金屬液冷卻凝固的到精密度尺寸精密較高的鑄件。消失模型密鑄造的主要優(yōu)勢(shì)在免去了砂型鑄造中粘結(jié)劑的使用，提高了環(huán)境友好性；同時(shí)良好的退讓性減少了鑄件內(nèi)殘余應(yīng)力引起的裂紋，能很好的于適合于大型薄壁型鑄件的成型且零件成型尺寸好、工藝操作簡(jiǎn)單快捷。但對(duì)于鋁合金干砂消失模鑄造，有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題有待解決，一是鋁合金液的比熱容比鋼液，因模樣氣化吸熱，引起金屬液流動(dòng)前沿溫度下降，充型速度減小而造成冷隔、澆不到；二是因鋁液澆注溫度高，鋁合金吸氣嚴(yán)重，容易引起針孔、縮松等缺陷造成鋁鑄件針孔嚴(yán)重、晶粒粗大、氣密性差。如今，在航空航天、汽車等領(lǐng)域零件設(shè)

20、計(jì)復(fù)雜化薄壁化的同時(shí)，對(duì)鋁合金零件性能需要也提出了更高的要求。所以這也要求鋁合金消失模鑄造成型工藝的發(fā)展能更符合近凈型化和精密化要求。消失模殼型鑄造是在消失模鑄造和熔模鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展的復(fù)合鑄造工藝，消失模殼型鑄造工藝對(duì)于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件來(lái)說(shuō)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該工藝用可發(fā)性聚苯乙烯制模，利用熔模鑄造的制殼技術(shù)在聚苯乙烯模上制殼。澆注前將型殼內(nèi)的聚苯乙烯脫出，并焙燒型殼，使型殼具有足夠的強(qiáng)度且型殼內(nèi)不含有任何有機(jī)物，因而避免了實(shí)型鑄造鑄件的皺皮和增碳等缺陷。聚苯乙烯模尺寸穩(wěn)定，使該工藝能夠生產(chǎn)大型、精密、復(fù)雜的鑄件；另外，在造型、澆注時(shí)，利用干砂真空技術(shù)形成堅(jiān)固型腔，因此可以采用較薄型殼。該工藝

21、具有減少?gòu)?fù)雜薄壁形狀鑄件的生產(chǎn)成本及機(jī)械加工的工時(shí)；同時(shí)，泡沫模樣的型殼比熔模鑄造的型殼所承受的應(yīng)力要小，殼型制備成本相對(duì)較低，且適合薄壁復(fù)雜鋁合金鑄造成型，因此研究鋁合金消失模殼型鑄造十分必要。型殼制備是消失模殼型鑄造的關(guān)鍵工序之一。制殼和失模是消失模精密鑄造的關(guān)鍵技術(shù)。消失模殼型鑄造新技術(shù)，綜合了泡沫模的低成本、收縮小、較大尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，陶瓷型殼的高精度及真空鑄造的高性能成形性等特點(diǎn)，它與其他單一的鑄造工藝相比，具有以下顯著特點(diǎn)：（1）與重力下的砂型鑄造相比：鑄件的尺寸精度高、表面粗糙度低、生產(chǎn)率高。金屬液的充型和凝固在真空和壓力的雙重作用下完成，因此金屬液的充型和補(bǔ)縮能力較重力鑄造

22、時(shí)大大加強(qiáng)，可解決重力鑄造易于出現(xiàn)的澆不足、冷隔和縮孔等鑄造缺陷，尤其對(duì)于較大尺寸復(fù)雜薄壁鑄件。（2）與熔模精密鑄造相比：泡沫塑料模料成本低廉、模樣粘接組合方便、氣化消失容易，克服了熔模鑄造模料容易軟化而引起的熔模變形的問(wèn)題，且泡沫模樣重量輕，搬運(yùn)方便；另外，泡沫模與蠟?zāi)Ｏ啾?，具有收縮小和耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，表面不易產(chǎn)生縮陷，也有利于提高鑄件的尺寸精度。因此，該技術(shù)可以生產(chǎn)較大尺寸的各種合金的精密復(fù)雜鑄件。（3）與消失模鑄造相比：澆注前脫去了泡沫模，因此可以克服普通消失模鑄造充型能力差引起的氣孔、夾雜、皺皮、冷隔和增碳等鑄造缺陷；并且澆注溫度較低。（4）與壓鑄相比：投資小、成本低、鑄件內(nèi)在質(zhì)量好，

23、鑄件可熱處理。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀陶瓷型殼鑄造工藝成形以來(lái)就受到工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的青睞。20世紀(jì)60年代，英國(guó)、日本、美國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家就對(duì)陶瓷型精鑄模具進(jìn)行了廣泛深入地研究，已經(jīng)用來(lái)制造鍛模、沖壓模、塑料模、壓鑄模以及玻璃模等；美國(guó)的阿布納托肖公司和日本的理研活塞環(huán)公司引進(jìn)技術(shù)成產(chǎn)精密鑄件。在我國(guó)，1970年成都汽車廠用陶瓷型鑄造工藝成產(chǎn)沖壓模；1972年常州柴油廠用該工藝生產(chǎn)熱芯盒及模板；杭州第二紡織機(jī)械廠用該工藝制造造型用的鋁模板；武漢機(jī)械工藝研究所應(yīng)用該工藝開發(fā)了幾十個(gè)品種的鍛模，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。80年代以來(lái)，陶瓷型精鑄模具得到了進(jìn)一步發(fā)展，有些工廠已經(jīng)從試生產(chǎn)發(fā)展到成批生產(chǎn)，如杭州第

24、二紡織廠用陶瓷型鑄造的中小模板已達(dá)600余塊，最大模塊尺寸為1320*420mm。精鑄模板的制造周期為機(jī)加工模板的10%-20%，成本的30%左右。陶瓷型鑄造在鍛模和沖壓模具方面得到了進(jìn)一步發(fā)展，如湖濱柴油機(jī)廠用陶瓷型鑄造的搖臂鍛模、合金鋼連桿鍛模；上海大學(xué)采用陶瓷型鑄造成功澆注桑塔納轎車汽缸蓋模具，表面粗糙度Ra5.0-Ra12.5m，尺寸精度0.35mm/100mm；武漢機(jī)械工藝研究所制作的CA-10B汽車前軸精鑄熱鍛模重0.5t，型腔尺寸最大誤差0.3mm，表面粗糙度為Ra6.3-Ra12.5Lm，型腔只需拋模即可達(dá)到需求。煙臺(tái)野夼工業(yè)集團(tuán)利用陶瓷型鑄造大型拉伸模具，基本替代了由機(jī)械加工

25、方法制造的模具，節(jié)約加工費(fèi)70%，節(jié)約材料30%。英國(guó)鑄鋼件研究與貿(mào)易協(xié)會(huì)（SCRATA）在八十年代初提出了一種Replicast Ceramic Shell Process（簡(jiǎn)稱Replicast CS）新工藝，國(guó)內(nèi)稱之為氣化模-精鑄-負(fù)壓復(fù)合鑄造技術(shù)。它是將實(shí)型鑄造、熔模鑄造和負(fù)壓鑄造 3 種工藝有機(jī)地結(jié)合在一起 ,趨利避害 ,吸收實(shí)型鑄造的特長(zhǎng) ,克服熔模鑄造不能用于大件以及成本高、工藝復(fù)雜的不足 ,采用負(fù)壓造型實(shí)現(xiàn)了無(wú)粘結(jié)劑干砂造型 ,解決了鑄鋼件增碳問(wèn)題 ,提高了鑄件質(zhì)量 ,消除了污染。該工藝采用可發(fā)性聚苯乙烯珠粒制備泡沫模樣，之后利用熔模鑄造的制殼方法在泡沫模表面制備陶瓷型殼，最后

26、在真空下重力澆注成形。該工藝具有諸多優(yōu)點(diǎn)：泡沫模樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、尺寸穩(wěn)定、收縮小、成本低，能夠生產(chǎn)中大型復(fù)雜精密鑄件；澆注前脫去泡沫模樣，可避免消失模鑄件易出現(xiàn)的氣孔、夾雜和增碳等缺陷；鑄件同時(shí)具有熔模鑄造精鑄件的質(zhì)量，且克服了熔模鑄造難以生產(chǎn)大件以及成本高的不足。這種工藝具有旺盛的生命力 ,具有許多顯而易見的優(yōu)點(diǎn)和廣泛的應(yīng)用范圍 ,贏得了鑄造界的關(guān)注。英國(guó) Foseco 公司最早建立了Replicast CS工藝車間，用以批量生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)50kg以上的鐵、鋼、青銅等鑄件，其中生產(chǎn)的最大鑄件質(zhì)量可達(dá)450kg。我國(guó)對(duì)Replicast CS工藝的研究始于90年代，其中沈陽(yáng)鑄造研究所、清華大學(xué)、哈

27、爾濱工業(yè)大學(xué)和南昌航空工業(yè)學(xué)院等單位進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)的研究。1991年沈陽(yáng)鑄造研究所、清華大學(xué)以及沈陽(yáng)第一閥門廠將該新工藝成功地應(yīng)用于G125Q41F16P21不銹鋼球閥鑄件的生產(chǎn)，鑄件尺寸精度達(dá)到CT4-6級(jí)，表面粗糙度3.2-6.4m，并很好地解決了消失模鑄造碳鋼和不銹鋼鑄件的增碳問(wèn)題。Replicast CS工藝的研究主要集中在以下幾個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)上：泡沫模樣制備陶瓷型制備，泡沫模脫去技術(shù)（失模工藝）及焙燒等工藝。以下主要闡述泡沫模和型殼制備，失模、焙燒工藝等關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。1.3.1 氣化模用原材料及成型工藝研究現(xiàn)狀Replicast CS工藝對(duì)泡沫模樣性能具有以下要求：密度

28、小、強(qiáng)度高、表面質(zhì)量好、收縮量小和發(fā)氣量低等。按照上述要求對(duì)國(guó)產(chǎn)原材料進(jìn)行了優(yōu)化并與國(guó)外同類產(chǎn)品進(jìn)行比較 ,用于 EPC-CS 復(fù)合工藝的聚苯乙烯珠粒與EPC-V 工藝用聚苯乙烯珠粒不同 , 其中可發(fā)性聚苯乙烯珠粒（Expandable Polystyrene，簡(jiǎn)稱EPS）的性能、珠粒預(yù)發(fā)泡工藝和發(fā)泡成型工藝等都對(duì)最終泡沫模質(zhì)量有直接影響。為獲得優(yōu)質(zhì)氣化模要采用高密度、粒徑小而均勻的聚苯乙烯珠粒 , 沈桂榮、李德成等對(duì)聚苯乙烯珠粒材料的選擇集泡沫模成型工藝進(jìn)行了研究得出用于Replicast CS工藝的聚苯乙烯珠粒應(yīng)具有高密度和小顆粒，其粒徑為0.250.50 mm,密度為 0. 10. 3

29、g/ cm3,可用于 EPC-CS復(fù)合工藝作氣化模的聚苯乙烯珠粒的性能見表 1-1。表1-1 聚苯乙烯珠粒的性能余歡等人對(duì)大型薄壁零件的泡沫模樣的成型工藝進(jìn)行了研究。指出珠粒粒徑越大，預(yù)發(fā)后堆密度越大；隨著發(fā)泡成型時(shí)間延長(zhǎng)，模樣密度減小。預(yù)發(fā)珠粒的堆密度與最終模樣密度基本一致。他還對(duì)薄壁泡沫模的尺寸收縮特性進(jìn)行了研究，得出泡沫模的尺寸收縮率與其發(fā)泡成型后的冷卻速率有關(guān)，冷卻速率越大，收縮率越大，而泡沫模密度越大，收縮率越?。慌菽０l(fā)泡成型后，在存放過(guò)程中會(huì)有一定量的收縮，為了提高泡沫模樣的精度，應(yīng)嚴(yán)格控制泡沫模成型后的冷卻條件和存放時(shí)間，盡量提高泡沫模樣密度。氣化模的成型包括 :制做氣化模用模

30、具的設(shè)計(jì)與加工 ,可發(fā)性聚苯乙烯珠粒的預(yù)發(fā)、干燥熟化 ,氣化模的蒸氣成型工藝等。該工藝的突出特點(diǎn)是用氣化模來(lái)代替熔模精鑄的蠟?zāi)?,因此制造優(yōu)質(zhì)氣化模是 EPC-CS 復(fù)合工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一。聚苯乙烯的預(yù)發(fā)采用熱水預(yù)發(fā)工藝 ,預(yù)發(fā)過(guò)程中要加入適量的分散劑 ,避免珠粒預(yù)發(fā)時(shí)粘結(jié) ,同時(shí)要嚴(yán)格控制預(yù)發(fā)溫度和時(shí)間 ,使預(yù)發(fā)后聚苯乙烯珠粒的體積質(zhì)量為 0.05 g/ cm3左右。只有達(dá)到該體積質(zhì)量的預(yù)發(fā)聚苯乙烯珠粒具有較高的再膨脹能力 ,成型后可得到表面光滑、輪廓清晰、尺寸精確、密度適宜的氣化模 ,通過(guò)試驗(yàn)確定可發(fā)性聚苯乙烯珠粒最佳熱水預(yù)發(fā)工藝見表1-2。表1-2 熱水預(yù)發(fā)工藝參數(shù)預(yù)發(fā)后的可發(fā)性聚苯乙烯

31、珠粒要在干燥的空氣中放置一段時(shí)間 ,讓空氣滲透到珠粒的泡孔內(nèi) ,使珠粒變得干燥而有彈性 ,這個(gè)過(guò)程稱為熟化。預(yù)發(fā)后的聚苯乙烯珠粒含水量很高 ,必須進(jìn)行干燥 ,由試驗(yàn)確定可發(fā)性聚苯乙烯珠粒熱水預(yù)發(fā)后的干燥熟化工藝如下:干燥熟化溫度為 50 ,干燥熟化時(shí)間 > 12 h ,干燥時(shí)為加快速度可以鼓風(fēng) ,風(fēng)速以不使聚苯乙烯珠粒沸騰為限 ,干燥后聚苯乙烯珠粒的含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))應(yīng)小于 1 %。氣化模的成型方法很多 ,一般根據(jù)加熱方式不同分為: 熱水成型法; 蒸氣成型法 ; 蒸氣沖擊成型法; 高頻感應(yīng)加熱成型法等。其中應(yīng)用最廣、使用效果最好的是蒸氣成型法和蒸氣沖擊成型法 ,根據(jù)工廠的應(yīng)用情況主要研究

32、蒸氣成型法。蒸氣成型法是用過(guò)熱水蒸氣作為載熱體 ,將裝滿預(yù)發(fā)的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒的型(型壁裝有排氣塞的鋁合金模具)放入蒸氣室 ,通入過(guò)熱蒸氣 ,熱蒸氣通過(guò)排氣塞進(jìn)入母型內(nèi)加熱珠粒 ,使其發(fā)泡并保持到聚苯乙烯珠粒再發(fā)泡終了為止 ,此法設(shè)備簡(jiǎn)單 ,成本低 ,通過(guò)試驗(yàn)確定了蒸氣成型法工藝見表1-3所示。表1-3 蒸氣成型工藝 經(jīng)過(guò)檢測(cè) ,氣化模的密度0.050.08 g/cm3,抗壓屈服強(qiáng)度0.3650.758 MPa ,氣化模時(shí)效時(shí)間為一周 ,線收縮率0.3 % ,在 60 以下氣化模的尺寸穩(wěn)定。1.3.2陶瓷型殼制備工藝研究現(xiàn)狀陶瓷型殼鑄造法始于20世紀(jì)50年代，由英國(guó)人肖氏兄弟（Cliffor

33、d&Shaw）試驗(yàn)成功并獲得生產(chǎn)陶瓷型專利權(quán)，故又稱肖氏法（Shaw Process）。它是在砂型熔模鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種鑄造新工藝。陶瓷型是由硅酸乙酯水溶液和耐火度高、熱膨脹系數(shù)小的耐火材料如石英砂、鋯英砂、剛玉等再催化劑的作用下經(jīng)灌漿、結(jié)膠、起模、噴燒和焙燒等工序而制成的。陶瓷型鑄造的主要特點(diǎn)有：（1） 陶瓷型鑄造的耐火材料在高溫下熱穩(wěn)定性高；（2） 陶瓷型鑄造的模具使用壽命高于機(jī)械加工方法制成的模具；（3） 陶瓷型的耐火度高，高溫性能穩(wěn)定，可用來(lái)澆鑄多種合金，如高溫合金、合金鋼、碳鋼、鑄鐵、銅合金、鋁合金等；（4） 陶瓷型可鑄造重量高達(dá)十幾噸的精度要求高的鑄件；（5） 由于

34、陶瓷型鑄造有灌漿工序，且工藝過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，故不適合生產(chǎn)批量大、重量輕和形狀復(fù)雜的鑄件。EPC-CS復(fù)合鑄造用型殼厚一般為 34 mm ,因此型殼必須具有足夠的強(qiáng)度。型殼是經(jīng)配料，浸涂料，撒砂，干燥硬化和高溫焙燒等工序而制成。通常，型殼應(yīng)具有以下要求：常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度高，殘留強(qiáng)度低，高溫下不發(fā)生變形，熱膨脹系數(shù)低，導(dǎo)熱性好，有良好的透氣性、熱震穩(wěn)定性、熱化學(xué)穩(wěn)定性、脫殼性以及耐火度高等性能。制備型殼的材料主要包括粘結(jié)劑、耐火材料和撒砂材料等。涂料由粘結(jié)劑和耐火粉料配成，是型殼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其分為面層和加固層。面層涂料與金屬液直接接觸，其應(yīng)為平整、致密、光滑的工作表面，并保證不與金屬

35、液發(fā)生作用。加固層涂料是用來(lái)加厚和加固型殼，保證型殼具有足夠的強(qiáng)度。常作為面層型殼材料有鋯砂，電熔剛玉和熔融石英；作為加固層材料多用鋁-硅系耐火材料，如高嶺土熟料，莫來(lái)石，鋁礬土和煤矸石等。涂料常用的粘結(jié)劑主要有水玻璃、硅酸乙酯和硅溶膠三種。這三種粘結(jié)劑制備的型殼各有優(yōu)缺點(diǎn)。水玻璃型殼采用化學(xué)硬化，強(qiáng)度建立快，型殼濕強(qiáng)度大，制殼周期短，價(jià)格低廉；但型殼表面質(zhì)量差，尺寸精度低，高溫強(qiáng)度低，抗變形能力差。硅溶膠型殼高溫強(qiáng)度好，高溫抗變形能力強(qiáng)，熱震穩(wěn)定性高，且型殼表面質(zhì)量好；為水基粘結(jié)劑，型殼不需要化學(xué)硬化，使用方便，環(huán)境衛(wèi)生；但型殼干燥速度慢，濕強(qiáng)度低，制殼周期長(zhǎng)。硅酸乙酯型殼室溫和高溫強(qiáng)度高，

36、抗變形能力強(qiáng)，鑄件尺寸穩(wěn)定性好，采用氨氣干燥硬化，生產(chǎn)周期短；然而溶劑乙醇易于揮發(fā)，不利于環(huán)保，且其高溫強(qiáng)度不如硅溶膠型殼，價(jià)格昂貴。目前，國(guó)內(nèi)外主要采用硅溶膠為粘結(jié)劑制備陶瓷型殼，主要由于硅溶膠型殼具有較高的高溫強(qiáng)度和較好的表面質(zhì)量，且無(wú)污染，是一種綠色粘結(jié)劑。然而硅溶膠型殼主要通過(guò)干燥失水進(jìn)行硬化干燥，水分蒸發(fā)較慢，若型殼干燥不徹底就涂掛下一層涂料，型殼會(huì)產(chǎn)生溶脹、剝落，因此硅溶膠制殼周期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了制殼效率，為了解決這一問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外開發(fā)出快干型硅溶膠，旨在縮短制殼周期，提高生產(chǎn)效率，取得了一定效果。制殼材料確定后 ,型殼質(zhì)量決定于制殼工藝。針對(duì)不同的零部件，我們可采用不同的涂料和粘

37、結(jié)劑。本論文在實(shí)驗(yàn)中會(huì)詳細(xì)說(shuō)明。1.4 研究課題目的、意義及內(nèi)容1.4.1 研究目的及意義 鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量?jī)H次于鋼。同時(shí)在資源重復(fù)利用方面鋁合金還具有便于回收再利用的特點(diǎn)。鋁合金的優(yōu)良性能使其成為現(xiàn)有的被應(yīng)用在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)展最快的合金材料之一。隨著汽車輕量化的要求，以及近年來(lái)制造節(jié)能減排汽車?yán)砟畹奶岢?，更為重要的是，中?guó)鋁土礦資源較為豐富，鋁土礦保有基礎(chǔ)儲(chǔ)量在世界上居第七

38、位，儲(chǔ)量在世界上居第八位。資源汽車工業(yè)將加快對(duì)鋼制產(chǎn)品的替代工作。因?yàn)橛娩X合金制作汽車零件，在保證汽車強(qiáng)度的前提下可以大大減輕汽車的總成質(zhì)量以減少汽車燃料的消耗。從鋁資源上講，鋁在地球上儲(chǔ)存量非常豐富，可以被大規(guī)模發(fā)掘利用。因此我國(guó)作為未來(lái)汽車產(chǎn)品的巨大潛在市場(chǎng)，加速鋁合金相關(guān)的成型研究具有重大的意義。目前實(shí)際應(yīng)用的鋁合金零件成形方法主要是鑄造成型為主，其中壓力鑄造技術(shù)是目前為止比較成熟的應(yīng)用面較廣的鋁合金鑄造方式。但是壓力鑄造成型的鑄件尺寸及復(fù)雜程度有限，在面對(duì)小批量零件生產(chǎn)時(shí)鑄造成本過(guò)高，并且壓力鑄造受設(shè)備及金屬模具的限制，并不能完全滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)大型鋁合金構(gòu)件的需求，限制了鋁合金在大規(guī)模

39、生產(chǎn)應(yīng)用中的推廣。所以在鋁合金鑄造成型方面具有鑄造靈活性高的的鑄造工藝被越來(lái)越多人研究探索。進(jìn)氣管是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件之一。若進(jìn)氣管內(nèi)壁光滑，可減少氣體的流動(dòng)阻力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。用砂型鑄造方法生產(chǎn)的進(jìn)氣管不僅管道內(nèi)壁粗糙，而且容易出現(xiàn)偏芯現(xiàn)象，使管道壁厚不均勻。由于目前的大多數(shù)鑄造工藝在生產(chǎn)較大尺寸的復(fù)雜薄壁精密鑄件時(shí)經(jīng)常遇到許多問(wèn)題，比如成形困難、鑄造缺陷多、品質(zhì)低等。本研究進(jìn)行了在真空低壓消失模殼型鑄造技術(shù)中，基于泡沫模樣的高質(zhì)量型殼制備材料及工藝的選擇及優(yōu)化，主要將進(jìn)行消失模殼型鑄造陶瓷型殼制備工藝優(yōu)化研究，旨在為鋁合金進(jìn)氣歧管消失模殼型制備提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。而這對(duì)于國(guó)防、航

40、空航天、汽車工業(yè)行業(yè)等領(lǐng)域都有極其重要的意義。1.4.2 研究?jī)?nèi)容 本課題將現(xiàn)有鑄造技術(shù)中的消失模鑄造、熔模鑄造、真空鑄造有機(jī)結(jié)合在一起，用其所長(zhǎng)，避其所短，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)消失模殼型復(fù)合鑄造工藝展開探索。該工藝吸取了消失模鑄造的工藝優(yōu)點(diǎn)，在原有的EPS白模基礎(chǔ)上采用熔模鑄造的制殼工藝，避免了熔融鋁合金與EPS模型的直接接觸。并且利用無(wú)粘結(jié)劑的干砂填充，負(fù)壓澆注，克服鋁合金消失模鑄造充型能力不足。針對(duì)鋁合金進(jìn)氣歧管消失模殼型鑄造陶瓷型殼制備工藝優(yōu)化研究，致力于獲得具有周期短、成本低及性能優(yōu)良的適合鋁合金精密成形的復(fù)合型殼制備工藝。具體研究包括以下幾個(gè)方面： 研究鋁合金消失模殼型復(fù)合鑄造的制殼材料

41、與工藝。通過(guò)選擇合適的型殼提高型殼的燒結(jié)強(qiáng)度；同時(shí)選擇合適的制殼工藝與材料，提高型殼的干燥速度。選擇合適的澆注系統(tǒng)減少零件成形過(guò)程中的缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量。第二章 鑄造結(jié)構(gòu)分析2.1 鑄件材料分析2.1.1 鑄件材料的特點(diǎn)本文研究的鑄件材料是鋁合金，故鋁合金的特點(diǎn)主要是：（1）質(zhì)輕 鋁及鋁合金密度接近2.7，是鐵和銅的三分之一。在材質(zhì)輕量化的當(dāng)代工業(yè)中扮演著不可或缺的角色。（2）耐腐蝕性好 鋁的表面易自然產(chǎn)生一層致密牢固的三氧化二鋁保護(hù)膜，能很好的保護(hù)集體不受腐蝕。通過(guò)人工陽(yáng)極氧化及著色，可獲得良好的鑄造性能的鑄造鋁合金或加工好鑄造性能的鑄造鋁合金或加工塑性好的變形鋁合金。（3）強(qiáng)度高 鋁及鋁合

42、金的強(qiáng)度高，經(jīng)過(guò)一定程度的冷加工可強(qiáng)化基體強(qiáng)度，部分牌號(hào)的鋁合金還可以通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化處理。（4）導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好 導(dǎo)電性能僅次于銀、銅和金，顯然成本低廉，是電導(dǎo)線的常用材料。（5）加工性能和表面處理性能佳 通過(guò)添加其他金屬元素，可獲得鑄造鋁合金和變形鋁合金，可加工成各種工業(yè)需求的零件。（6）焊接性能好并且無(wú)低溫脆性，常常用在船舶行業(yè)中。2.1.2 鑄件材料的設(shè)計(jì)要點(diǎn)消失模精密鑄造是在實(shí)型鑄造和熔模鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展的復(fù)合鑄造工藝。該工藝的關(guān)鍵技術(shù)是聚苯乙烯珠粒材料的選擇、氣化模的成型工藝及失模工藝和震動(dòng)緊實(shí)負(fù)壓工藝等。聚苯乙烯模尺寸穩(wěn)定 ,使該工藝能夠生產(chǎn)大型、精密、復(fù)雜的鑄件。所以聚苯乙烯珠

43、粒應(yīng)具有密度小、強(qiáng)度高、模面質(zhì)量好、收縮量小而且穩(wěn)定、發(fā)氣量低等特點(diǎn)。泡沫模的密度不同也會(huì)對(duì)泡沫模的發(fā)氣量、發(fā)氣速度和體積變化、型殼和鑄件表面粗糙度產(chǎn)生很大的影響。同時(shí)也會(huì)影響失模過(guò)程中型殼的開裂傾向。氣化模的成型工藝會(huì)對(duì)后續(xù)型殼產(chǎn)生重要影響。聚苯乙烯的臨界軟化溫度為80。氣化模為多孔性泡沫塑料，在預(yù)發(fā)泡及成型過(guò)程中，孔內(nèi)發(fā)泡劑及氣體的急劇膨脹會(huì)使孔洞增大、孔壁減薄，取出氣化模時(shí)，由于突然泄壓會(huì)造成孔內(nèi)外存在較大壓差。這些因素都會(huì)使某些孔洞、尤其是模樣表面的孔洞破裂，影響型殼質(zhì)量。制殼材料的選擇也會(huì)對(duì)型殼質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。制殼材料確定后 ,型殼質(zhì)量決定了制殼工藝。2.2 鑄件結(jié)構(gòu)分析2.2.1

44、 鑄件結(jié)構(gòu)要求鋁合金進(jìn)氣岐管是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，其氣密性和內(nèi)部質(zhì)量直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，由于鑄件在使用狀態(tài)下需要水冷卻，鑄件除有氣管外，還有冷卻水道，鑄件形狀比較復(fù)雜，鑄造鋁合金晶粒要求細(xì)化，產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)0.3MPa耐壓試驗(yàn)。汽車進(jìn)氣歧管如圖2-1所示。對(duì)于這種形狀復(fù)雜的耐壓鋁合金鑄件一般采用低壓鑄造工藝或者重力鑄造。其中根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以采用立澆、平澆和傾轉(zhuǎn)澆注。進(jìn)氣岐管采用傾轉(zhuǎn)澆注(模具跟著澆臺(tái)從0°90°傾轉(zhuǎn)，澆口杯跟著模具邊傾轉(zhuǎn)邊進(jìn)料)充型平穩(wěn)，充型壓力高，排氣效果好。進(jìn)氣歧管鑄件要求在氣壓100 KPa時(shí)泄漏量100 am3rain；但EGR(EXHAUS

45、T GAS RECYCLE廢氣循環(huán)再利用)通路部位在100 KPa時(shí)應(yīng)無(wú)泄漏。此鑄件形狀復(fù)雜，彎度較大，穩(wěn)壓腔部位在開型狀態(tài)時(shí)高于與氣缸蓋的安裝法蘭面(簡(jiǎn)稱法蘭面)，除了有進(jìn)氣道外還有EGR氣道回路，砂芯定位困難，更增加了此進(jìn)氣歧管的鑄造難度。圖2-1 鑄件結(jié)構(gòu)11號(hào)凸臺(tái) 2穩(wěn)壓腔 3油軌安裝臺(tái)4EGR通道 5EGR法蘭面62號(hào)凸臺(tái)7法蘭面2.2.2 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）方案設(shè)計(jì)進(jìn)氣岐管的熱節(jié)主要分布在法蘭面、油軌安裝臺(tái)、EGR法蘭面和穩(wěn)壓腔兩端法蘭面(見圖2-1)，這些厚大區(qū)域容易產(chǎn)生鑄造缺陷，是需要重點(diǎn)補(bǔ)縮的位置。鑄件的凝固溫度場(chǎng)在這些區(qū)域形成相對(duì)的高溫區(qū)，在管道處及穩(wěn)壓腔形成低溫區(qū)。此進(jìn)氣

46、岐管的工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于對(duì)鑄件溫度場(chǎng)、鑄型溫度場(chǎng)分布規(guī)律的分析、把握。（2）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 對(duì)鋁合金這類易氧化、易吸氣合金澆注系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的要求是不帶入氣體、能充分擋渣、快速平穩(wěn)充型。當(dāng)金屬液在金屬型內(nèi)勻速上升時(shí)，澆注時(shí)間t為： t= （1）式中，H為金屬液型腔高度，這里H計(jì)為38 cm；為上升速度，此處為4 cms，代入計(jì)算得t=95s。內(nèi)澆道最小截面積A為： A= (2)式中，Q為鑄件總質(zhì)量，此處為98 kg；為鋁合金密度，為25 gcm3；為阻力系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取092；H(澆口杯至內(nèi)澆道的高度差)為平均計(jì)算壓力頭，取05cm。計(jì)算得A1 440 ?？紤]金屬型的激冷效應(yīng)，取最小截面積為1 5

47、00 ，將澆道分成3個(gè)進(jìn)料口，第三章 鑄造工藝設(shè)計(jì)3.1泡沫模樣的制備消失模殼型鑄造中利用質(zhì)量小、比強(qiáng)度高、價(jià)格便宜的消失模模型來(lái)成型鑄造型腔是工藝的前提條件。利用發(fā)泡成型工藝制備泡沫模原型，將充滿可發(fā)性聚苯乙烯珠粒的鋁合金發(fā)泡模具放入蒸氣室內(nèi)，密封蒸氣室，通入蒸氣室一定壓力的蒸氣，蒸氣通過(guò)發(fā)泡模具上的排氣塞進(jìn)入模具加熱珠粒，使其發(fā)泡并保持到聚苯乙烯珠粒再發(fā)泡終了為止。通過(guò)合理控制成型工藝參數(shù)，便可制備出強(qiáng)度高、表面質(zhì)量好的泡沫模樣。本課題研究的成型工藝參數(shù)見表3-1，圖3-1為制備而成的泡沫模樣，可見模樣表面光滑，輪廓清晰。表3-1 發(fā)泡成型工藝參數(shù)成型壓力/MPa模具預(yù)熱時(shí)間/s成型時(shí)間/

48、s冷卻時(shí)間/s0.133090-18060 （a）整體模樣正面 (b) 整體模樣反面圖3-1 進(jìn)氣歧管零件泡沫模樣3.2 型殼的制備工藝3.2.1型殼制備材料的選用（1）粘接劑的選用在傳統(tǒng)的熔模鑄造制殼工藝中，主要選用的是水玻璃制殼工藝。水玻璃型殼具有濕強(qiáng)度較高、硬化速度快、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，水玻璃型殼常常會(huì)出現(xiàn)變形、開裂且型殼表面質(zhì)量較差的現(xiàn)象。這是由于水玻璃的主要成分是硅酸鈉（），其硬化機(jī)理是在模數(shù)與濃度比較高時(shí)析出游離硅酸，由于有鈉離子的存在，所以在型殼內(nèi)表面會(huì)存在鈉鹽聚集現(xiàn)象，鈉鹽熔點(diǎn)較低，在型殼高溫?zé)Y(jié)后，往往會(huì)在型殼內(nèi)表面出現(xiàn)大量的蠕蟲狀或條形空洞，降低了型殼強(qiáng)

49、度以及鑄件表面的質(zhì)量。面對(duì)這一問(wèn)題，現(xiàn)在的熔模鑄造制殼工藝中常采用硅溶膠來(lái)取代傳統(tǒng)的水玻璃作為粘結(jié)劑，硅溶膠是納米級(jí)二氧化硅的膠體溶液，其固化機(jī)理與水玻璃相同，但是由于金屬離子的存在很少，可以有效的避免水玻璃型殼中金屬鹽離子聚集的現(xiàn)象，保證了型腔內(nèi)表面有較好的光潔度。采用硅溶膠為粘結(jié)劑制備陶瓷型殼，主要由于硅溶膠型殼具有較高的高溫強(qiáng)度和較好的表面質(zhì)量，且無(wú)污染，是一種綠色粘結(jié)劑。試驗(yàn)采用粘結(jié)劑硅溶膠化學(xué)成分和性能指標(biāo)見表3-2。表3-2硅溶膠成分(SiO2)/%(Na2O)/%PH粘度/(mm2.s-1)密度/(g.cm-3)300.39-1061.150-1.20（2）耐火材料的選用鋁合金熔

50、點(diǎn)較低，約為 660左右，所以對(duì)制殼粉料的耐火度要求并不高。國(guó)內(nèi)目前常用的耐火材料有石英粉、剛玉粉、鋁硅系輕質(zhì)耐火材料、莫來(lái)石粉、鎂砂和鋯英粉等。其中剛玉粉鎂砂和鋯英粉耐火度高，且性能穩(wěn)定，但價(jià)格過(guò)高。石英粉價(jià)格便宜但是膨脹系數(shù)較大，易導(dǎo)致型殼變形開裂。所以從價(jià)格和綜合性能方面考慮本文選用鋁礬土粉作為耐火粉料，鋁礬土粉性能如表3-3所示。表3-3 鋁礬土粉成分(Al2O3)/%(SiO2)/%(Fe2O3)/%(ZrO2)%耐火度/80161.5-17903.2.2 型殼的制備在消失模-殼型復(fù)合鑄造技術(shù)中，陶瓷型殼作為鑄造的型腔其制備技術(shù)是重要的一環(huán)。尤其在應(yīng)用到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中后，型殼性能的

51、好壞直接影響了后續(xù)能否順利進(jìn)行，所以選擇合適的制殼材料和型殼制備工藝直接決定了決定了型殼的強(qiáng)度、透氣性、制殼效率等各種指標(biāo)。消失模-殼型復(fù)合鋁合金鑄造工藝是采用消失模鑄造所用 EPS 模型作為熔模，采用熔模鑄造成殼技術(shù)來(lái)制作型殼的。采用該種方法的好處是：EPS 模型成本低廉、密度較小且比強(qiáng)度高，可以為大型薄壁復(fù)雜件的成型提供了可行性。利用 EPS 模型取代傳統(tǒng)熔模后，在型殼脫模時(shí)，不需要單獨(dú)的脫模步驟，可以將型殼脫模和型殼燒結(jié)一并進(jìn)行，簡(jiǎn)化了工藝操作過(guò)程。利用空型殼直接對(duì)鋁合金進(jìn)行澆注，有效的避免了由于鋁合金熱容較小在消失模鑄造中經(jīng)常出現(xiàn)的澆不足與冷隔缺陷發(fā)生。型殼具體的制備過(guò)程如下圖3-2所

52、示。圖3-2 型殼制備工藝流程在制殼過(guò)程中型殼材料的選用對(duì)型殼性能會(huì)產(chǎn)生很大的影響。陶瓷型殼制殼涂料主要由粘結(jié)劑、耐火粉料、骨料以及各種輔助添加劑組成的。其中粘結(jié)劑、耐火粉料以及骨料是型殼的主要組成部分。粘結(jié)劑的作用是保證型殼的成型性能；耐火粉料是起到直接承裝金屬液的作用；而骨料則是作為型殼中的支撐部分，起到保證型殼強(qiáng)度與涂層間的密實(shí)度的作用。不同粉液比對(duì)涂料粘度、密度、涂片重及型殼強(qiáng)度有不同的影響規(guī)律。為了獲得合適的型殼，將表面層、過(guò)渡層和加固層涂以不同的涂料。如表3-4所示。表3-4 型殼制備工藝參數(shù)型殼層次涂料粉液比涂料粘度/s涂料密度/g.cm-3撒砂/目表面層鋁礬土硅溶膠2.2351

53、.8670/100目鋁礬土砂過(guò)渡層鋁礬土硅溶膠1.8221.8030/60目鋁礬土砂加固層鋁礬土硅溶膠1.5151.7410/20目鋁礬土砂（1）涂料配制：事先確定要配制的粉液比，稱取標(biāo)準(zhǔn)重量的粘結(jié)劑，按照粉液比稱取相應(yīng)的耐火粉料，向耐火粉料中加入1%的鋰基膨潤(rùn)土，選擇JFC和正辛醇做潤(rùn)濕劑和消泡劑。先將盛放粘結(jié)劑的制殼操作桶置于攪拌機(jī)下以恒定轉(zhuǎn)速攪拌（800r/min），先加入潤(rùn)濕劑（JFC），攪拌均勻后，緩慢加入耐火粉料，加入速度以保證粉料不結(jié)塊為宜，最后加入消泡劑（正辛醇）。加密封蓋防止水分蒸發(fā)，攪拌2-4h左右，可根據(jù)涂料攪拌是否均勻的情況延長(zhǎng)或縮短攪拌時(shí)間，最終得到涂料。（2）涂掛涂

54、料：制備涂料后，將泡沫模樣浸入涂料中，上下、左右轉(zhuǎn)動(dòng)，使模樣表面均勻地涂掛一層涂料，然后取出模樣除掉多余涂料，以涂料不再下滴為準(zhǔn)；然后自上而下均勻重復(fù)撒砂，待砂層粘附平整且均勻時(shí)，停止撒砂，放置干燥；待干燥完全后再掛涂料、撒砂制備下一層型殼，注意涂掛每層涂料前，要清理掉上一層的浮砂，然后涂掛撒砂；重復(fù)進(jìn)行以上操作，最終獲得具有一定厚度的陶瓷型殼。本實(shí)驗(yàn)中制備的型殼為三層：表面層、過(guò)渡層、加固層，由表面層到加固層撒砂的粒度逐漸加大，具體數(shù)值見表3-4。表面層的干燥時(shí)間為2-3h，不吹風(fēng)。過(guò)渡層和加固層的干燥時(shí)間為3-4h，適當(dāng)吹風(fēng)，根據(jù)溫度和濕度的情況合理控制干燥時(shí)間。（3）失模及焙燒試驗(yàn)研究：

55、根據(jù)張展等人對(duì) EPS 泡沫模型在失模過(guò)程中體積變化的研究發(fā)現(xiàn)：EPS 泡沫在失模過(guò)程中伴隨這溫度的升高會(huì)存一個(gè)體積變化的過(guò)程。當(dāng) EPS 泡沫在成型后在加熱到 80左右時(shí)開始劇烈膨脹，在 98左右時(shí)達(dá)到膨脹的最大點(diǎn)，當(dāng)加熱到 105泡沫珠粒破裂，泡沫整體結(jié)構(gòu)開始坍塌收縮。所以在失模過(guò)程中由于存在一個(gè)泡沫模型體積膨脹的過(guò)程，如果失模溫度控制不當(dāng)則會(huì)發(fā)生型殼開裂的情況。之所以會(huì)發(fā)生體積膨脹的過(guò)程是由于在其珠粒中殘留有沒(méi)有揮發(fā)完畢的發(fā)泡劑，這些發(fā)泡劑在升溫過(guò)程中會(huì)再次劇烈揮發(fā)使得泡沫珠粒體積發(fā)生膨脹，從而導(dǎo)致白模整體發(fā)生體積脹大的現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)采用低溫?zé)＃?00-300）工藝進(jìn)行失模。低溫失模得到

56、的型殼完好，但內(nèi)壁有一定的殘留物，這部分殘留物可通過(guò)后續(xù)的焙燒工藝進(jìn)一步去除。失模的作用是去除型殼內(nèi)的可融性物質(zhì)以保證型殼透氣性和內(nèi)部的光潔與干凈；而燒結(jié)的作用是通過(guò)高溫焙燒，使得型殼材料之間可以充分?jǐn)U散反應(yīng)并融合，以大幅度提高型殼整體的強(qiáng)度。針對(duì)強(qiáng)化型殼的制殼工藝，在型殼在失模后選擇在 600對(duì)型殼進(jìn)行燒結(jié)。3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先要對(duì)澆注位置進(jìn)行選取。根據(jù)合金的凝固原理和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，澆注位置的選取基本原則如下：（1）鑄件的重要部位應(yīng)朝下放置；（2）鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或者呈直立狀態(tài)；（3）保證合金液能充滿型腔；（4）有利于鑄件的補(bǔ)縮。根據(jù)澆注系統(tǒng)在鑄件上的位置，一般分為頂柱

57、式、底柱式、階梯式等。進(jìn)氣歧管是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要部件，該部形體獨(dú)特，管路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管壁厚薄不一，可以說(shuō)是發(fā)動(dòng)機(jī)上的形狀、管壁厚度變化最大的零部件，屬于典型薄壁復(fù)雜鑄件，采用一般的鑄造成形工藝難以獲得高質(zhì)量鑄件。根據(jù)該零件的特點(diǎn)以及該零件可以設(shè)置澆注系統(tǒng)位置進(jìn)行分析后得出，該零件的澆注位置只能選取在零件側(cè)面或者頂部。澆注系統(tǒng)設(shè)置于頂部和側(cè)面便于切除，該部位為平面可以方便加工。圖3-3 進(jìn)氣歧管零件尺寸圖圖3-3為進(jìn)氣歧管零件的尺寸圖。圖中可以得出該零件尺寸為410mm*164.2mm*250.7mm，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析該零件得出其體積為3140cm2，合金材料為鋁合金，計(jì)算的出其鑄件質(zhì)量G=8.478kg，根據(jù)有色金屬澆注系統(tǒng)最小橫截面積經(jīng)驗(yàn)公式 計(jì)算計(jì)算得出，其中G為鑄件的質(zhì)量，K為比澆速度，鋁合金一般選取0.7-0.8。t為澆注時(shí)間，澆注時(shí)間計(jì)算公式可以采用t=k，其中k為經(jīng)驗(yàn)因子。L為流動(dòng)修正系數(shù)，一般取1.0。澆注實(shí)踐t=11.6s。澆注系統(tǒng)最小截面積為Smin=8.478/（4*11.6*1.0）=0.913cm2。該零件采用封閉式澆注系統(tǒng)，鑄件質(zhì)量小于20kg，其澆口比設(shè)計(jì)為：=（24）：2:1。目前，市