一種鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料及其方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料及其方法。為解決原鑄造工藝方法難以解決的深孔鑄造技術(shù)問題，避免采用嵌鑄鋼管成孔后再鉆孔造成油道不同心和劃傷鋁基面的現(xiàn)象，克服采用普通砂制芯生產(chǎn)的箱體油道無法滿足密封性要求的問題，本發(fā)明提供的復(fù)合材料包括金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑，采用該復(fù)合材料制成油道芯子，替代了采用鋼管形成油道孔，不會(huì)在鋼管和鋁基體之間產(chǎn)生夾層缺陷，避免了鋼屑進(jìn)入油道的隱患；采用該復(fù)合材料制成油道芯子，能夠在油道的周圍形成致密的激冷層，滿足油道的密封性要求，而且易潰散、低發(fā)氣；油道表面光潔度較好，即使不進(jìn)行機(jī)械加工也能滿足使用要求。
【專利說明】一種鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在某些大功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)箱體內(nèi)有一根供發(fā)動(dòng)機(jī)主軸潤滑、活塞冷卻與潤滑的高壓油道，油道貫穿整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)箱體長度方向，直徑(625~$40mm，油道承受壓力IMPa以上。
[0003]現(xiàn)役動(dòng)力箱體的主油道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下三種方式:
[0004]如圖1所示，第一種方式是將符合油道規(guī)格的鋼管2嵌鑄在鋁合金箱體I內(nèi)形成主油道，現(xiàn)役動(dòng)力絕大部分采用這種方式，這種結(jié)構(gòu)方式由于鋼管的強(qiáng)度和剛度很高，因此所形成的油道強(qiáng)度和密封性都很好。如圖3所示，采用鋼管嵌鑄方式由于鋼管2和鋁基體I材質(zhì)不同，鋼/鋁物理力學(xué)性能存在差異，以及鋼/鋁界面浸潤性差，嵌鑄過程的熱膨脹系數(shù)和凝固過程的收縮值不同等復(fù)雜因素，凝固后在鋼管2和鋁基體I之間存在間隙，形成夾層缺陷3，這種缺陷在箱體隔板處和箱體冷卻噴油座部位出現(xiàn)的幾率更大。因?yàn)橹鬏S的潤滑是主油道通過隔板上的油孔實(shí)現(xiàn)的，活塞的冷卻和潤滑也是主油道通過冷卻噴油座的油孔實(shí)現(xiàn)的，因此要求隔板和 鋼管、噴油座和鋼管打通，在加工隔板和噴油座的油孔時(shí)，切屑時(shí)產(chǎn)生的鋼屑極易進(jìn)入夾層里，既不容易發(fā)現(xiàn)更不容易清理，在發(fā)動(dòng)機(jī)處于工作狀態(tài)或震動(dòng)時(shí)以及受到高壓油的沖刷時(shí)，隱藏在夾層里的鋼屑很容易進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)軸承形成事故隱患。
[0005]如圖2所示，第二種方式是在鋁合金箱體上直接鑄造形成主油道，新研制動(dòng)力大都采用這種方式，因此對箱體的整體強(qiáng)度和主油道的密封性有較高的要求，由于目前還沒有形成成熟的油道鑄造工藝方法，所以仍然采用鋼管嵌鑄的方法來完成，首先在主油道部位放置小于油道孔直徑的鋼管嵌鑄形成油道孔，主要是利用鋼管的高強(qiáng)度、剛度和強(qiáng)制冷卻效果，以獲得致密的激冷層，然后經(jīng)過機(jī)械加工的方法再把鋼管加工掉，形成主油道孔。前期試制仍采用鋼管嵌鑄的方法形成油道孔，然后再用鉆孔的方法去除孔內(nèi)的鋼管，由于主油道長度超過1000mm以上，加上形成主油道孔的鋼管強(qiáng)度比鋁合金基體高很多，以及深孔鉆的長徑比較大，鉆孔時(shí)鉆頭剛度有所降低，出現(xiàn)所鉆的孔不同心，另外鉆削過程中由于鋼屑硬度高和深孔排屑困難等原因，在加工過的鋁基體面上形成了很深的螺旋劃痕。
[0006]第三種方式是采用普通的單一砂作為主油道制芯用砂，由于普通砂的強(qiáng)度和激冷效果遠(yuǎn)低于復(fù)合砂的強(qiáng)度和激冷效果，因此用單一砂制成的芯子澆注的箱體油道周圍的組織的致密度和基體接近，有些部位還低于基體組織，因此采用這種方法生產(chǎn)的箱體油道的密封性很難達(dá)到技術(shù)要求。并且由于單一砂制成的芯子強(qiáng)度較低，在澆注過程中芯子受熱膨脹容易出現(xiàn)開裂形成夾層缺陷，而且芯子產(chǎn)生的氣體不能及時(shí)排出型外，容易在箱體的其它部位產(chǎn)生氣孔缺陷，對箱體性能造成一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的形成油道的制芯材料和油道成形技術(shù)，解決了原鑄造工藝方法難以解決的深孔鑄造技術(shù)問題；突破了目前深孔成形依賴鋼管嵌鑄的技術(shù)壁壘，同時(shí)也避免了采用嵌鑄鋼管成孔后再鉆孔造成油道不同心和劃傷鋁基面的現(xiàn)象；也克服了采用普通砂制芯生產(chǎn)的箱體油道無法滿足密封性要求的問題。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料，其特征在于:所述復(fù)合材料包括金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑。
[0011]其中，所述金屬丸的直徑為0.3~0.5mm ;所述鐵粉的粒度為70~100目；所述原砂的粒度為50~100目；自硬樹脂砂粘結(jié)劑為樹脂粘結(jié)劑+固化劑。
[0012]其中，所述金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑占所述復(fù)合材料的比重分別為50%~60%、30%~40%、10%~20%和 1.5%~2%。
[0013]其中，根據(jù)不同的鑄件結(jié)構(gòu)、油道周圍的壁厚和油道壓力的大小以及油道孔的表面粗糙度，調(diào)整所述金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑的配比與之匹配。
[0014]其中，所述金屬丸為鋼丸或鐵丸，其無結(jié)塊和表面無銹蝕。
[0015]一種利用所述的鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料鑄造鋁合金箱體油道的方法，其特征在于:該方法包括如下步驟:
[0016]步驟一，準(zhǔn)備鋼管:鋼管為普通無縫鋼管，表面無銹蝕和油潰，在澆注過程中，其變形量不能超過1.5mm,其壁厚> 3mm,在鋼管長度方向間隔40~60mm,沿鋼管直徑方向鉆小3~(^ 5的通孔，然后旋轉(zhuǎn)90°鉆3~(^ 5的通孔；
[0017]步驟二，對鋼管進(jìn)行噴丸處理；
[0018] 步驟三，制芯工藝:把鋼管固定于油道芯盒中間位置，在鋼管兩端孔處放置兩根纖維通氣繩，伸進(jìn)管內(nèi)約30_，將所述鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料填入油道芯盒中震實(shí)，待油道芯子固化后出型，出型后將油道芯子放置在平整的芯板上；
[0019]步驟四，芯子表面處理:在芯子表面刷醇基涂料后點(diǎn)燃，然后冷卻到室溫；
[0020]步驟五，下芯澆注工藝:把油道芯子放置于下鑄型中，油道芯子兩端的纖維通氣繩通過下鑄型兩端的通孔伸到鑄型外，然后用樹脂砂把下鑄型兩端的通孔周圍封嚴(yán)并固化，澆注時(shí)油道芯子產(chǎn)生的氣體進(jìn)入油道芯子中間的鋼管內(nèi)，再通過纖維通氣繩排到下鑄型外。
[0021]其中，所述鋼管的規(guī)格與所要形成油道孔的直徑與長度相匹配。
[0022]其中，所述油道芯子固化時(shí)間為24小時(shí)。
[0023](三)有益效果
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下有益效果:
[0025]1、本發(fā)明采用新型復(fù)合材料突破了制芯砂為單一砂的傳統(tǒng)工藝，并且該復(fù)合材料的熱物性參數(shù)可根據(jù)不同要求進(jìn)行連續(xù)調(diào)整；
[0026]2、本發(fā)明采用新型復(fù)合材料制成主油道芯子，相比較現(xiàn)有的鋼管嵌鑄方法形成主油道，不會(huì)在鋼管和鋁基體之間產(chǎn)生夾層缺陷，也避免了鋼屑進(jìn)入油道的隱患，相比較嵌鑄鋼管后再加工的方法，既降低了加工成本，也縮短了加工周期；
[0027]3、本發(fā)明采用新型復(fù)合材料制成的油道芯子，能在油道的周圍形成致密的激冷層，滿足油道的密封性要求，而且易潰散、低發(fā)氣；所形成的油道表面光潔度較好，即使不進(jìn)行機(jī)械加工也能滿足使用要求，如果所形成的油道是異形結(jié)構(gòu)，采用復(fù)合材料制芯優(yōu)勢更加明顯；
[0028]4、本發(fā)明在鋼管周圍打通氣孔放置通氣繩便于鑄件深孔鑄造的排氣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為現(xiàn)有的采用鋼管嵌鑄方法形成油道的剖面圖；
[0030]圖2為現(xiàn)有的采用嵌鑄鋼管后再加工形成油道的剖面圖；
[0031]圖3為現(xiàn)有的采用鋼管嵌鑄方法形成的油道的結(jié)構(gòu)和缺陷部位示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明在制芯工藝前鋼管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5為本發(fā)明制芯工藝過程中油道孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0035]本發(fā)明提供的鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑。該復(fù)合材料的熱物性參數(shù)可根據(jù)不同要求進(jìn)行連續(xù)調(diào)整。
[0036]其中，所述金屬丸的直徑為0.3~0.5mm ;所述鐵粉的粒度為70~100目；所述原砂的粒度為50~100目；自硬樹脂砂粘結(jié)劑為樹脂粘結(jié)劑+固化劑。
[0037]其中，所述金屬丸、 鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑占所述復(fù)合材料的比重分別為50%~60%、30%~40%、10%~20%和 1.5%~2%。
[0038]其中，根據(jù)不同的鑄件結(jié)構(gòu)、油道周圍的壁厚和油道壓力的大小以及油道孔的表面粗糙度，調(diào)整所述金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑的配比與之匹配。
[0039]其中，所述金屬丸為鋼丸或鐵丸，其無結(jié)塊和表面無銹蝕。
[0040]這種新型復(fù)合材料主要成分由鐵(鋼)丸、鐵粉組成，有較強(qiáng)的激冷作用，還具有高熱導(dǎo)率、高比熱容和高密度的物理特性，所制成的油道芯子不僅發(fā)氣量低而且有較好的透氣性和良好的潰散性，同時(shí)有較高的強(qiáng)度和耐火度，符合大型鋁合金鑄件深孔鑄造成形的工藝要求。
[0041]復(fù)合材料制備的工藝方法:
[0042]采用球形或鍋形混砂機(jī)混砂。
[0043]復(fù)合材料混砂工藝:先將鐵(鋼)丸、原砂倒入混砂機(jī)混制30秒，然后將鐵粉倒入再混制約30秒，觀察各組分混合均勻后加入樹脂粘結(jié)劑混制I分鐘，再加入固化劑混制I分鐘即可使用。
[0044]利用所述的鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料鑄造鋁合金箱體油道的方法，該方法包括如下步驟:
[0045]步驟一，如圖4所示，準(zhǔn)備鋼管:鋼管為普通無縫鋼管，表面無銹蝕和油潰，在澆注過程中，其變形量不能超過1.5mm,其壁厚> 3mm,在鋼管長度方向間隔40~60mm，沿鋼管直徑方向鉆(63~(65的通孔，然后旋轉(zhuǎn)90°鉆(63~(65的通孔；
[0046]步驟二，對鋼管進(jìn)行噴丸處理；[0047]步驟三，如圖5所示，制芯工藝:把鋼管2固定于油道芯盒中間位置，滿足了大型復(fù)雜鋁合金鑄件深孔鑄造成形的需求；在鋼管兩端孔處放置兩根纖維通氣繩3，伸進(jìn)管內(nèi)約30_，便于鑄件深孔鑄造的排氣；將所述鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料I填入油道芯盒中震實(shí)，待油道芯子固化后出型，出型后將油道芯子放置在平整的芯板上；采用該復(fù)合材料I制成的油道芯子能夠同時(shí)滿足強(qiáng)激冷、易潰散、低發(fā)氣的鑄造需求；
[0048]步驟四，芯子表面處理:在芯子表面刷醇基涂料后點(diǎn)燃，然后冷卻到室溫；
[0049]步驟五，下芯澆注工藝:把油道芯子放置于下鑄型中，油道芯子兩端的纖維通氣繩通過下鑄型兩端的通孔伸到鑄型外，然后用樹脂砂把下鑄型兩端的通孔周圍封嚴(yán)并固化，澆注時(shí)油道芯子產(chǎn)生的氣體進(jìn)入油道芯子中間的鋼管內(nèi)，再通過纖維通氣繩排到下鑄型外。
[0050]其中，所述鋼管的規(guī)格與所要形成油道孔的直徑與長度相匹配。
[0051]其中，所述油道芯子固化時(shí)間為24小時(shí)。
[0052]本發(fā)明采用新型復(fù)合材料制成油道孔芯子，不會(huì)在鋼管和鋁基體之間產(chǎn)生夾層缺陷，也避免了鋼屑進(jìn)入油道的隱患，降低了加工成本，縮短了加工周期；而且用復(fù)合材料制成的芯子能在油道的周圍形成致密的激冷層，滿足油道的密封性要求；所形成的油道表面光潔度較好，即使不進(jìn)行機(jī)械加工也能滿足使用要求，如果所形成的油道是異形結(jié)構(gòu)，采用復(fù)合材料制芯優(yōu)勢更加明顯。
[0053]通過試驗(yàn)驗(yàn)證，采用這種復(fù)合材料澆注的鋁合金箱體鑄件油道孔內(nèi)的復(fù)合材料清理順利，孔內(nèi)的復(fù)合材料完全潰散，通過對鑄件的解剖檢驗(yàn)深孔表面均勻一致，無粘砂和鋁液浸入現(xiàn)象，經(jīng)過對試驗(yàn)件徑向解剖孔的周圍組織與其它部位相比，靠近油道芯子部位的組織更加致密，達(dá)到預(yù)期效果。
[0054]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料，其特征在于:所述復(fù)合材料包括金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑。
2.如權(quán)利要求1所述的鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料，其特征在于:所述金屬丸的直徑為0.3?0.5mm ;所述鐵粉的粒度為70?100目；所述原砂的粒度為50?100目；自硬樹脂砂粘結(jié)劑為樹脂粘結(jié)劑+固化劑。
3.如權(quán)利要求1所述的鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料，其特征在于:所述金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑占所述復(fù)合材料的比重分別為50%?60%、30%?40%、10%?20%和 1.5%?2%。
4.如權(quán)利要求3所述的鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料，其特征在于:根據(jù)不同的鑄件結(jié)構(gòu)、油道周圍的壁厚和油道壓力的大小以及油道孔的表面粗糙度，調(diào)整所述金屬丸、鐵粉、原砂和自硬樹脂砂粘結(jié)劑的配比與之匹配。
5.如權(quán)利要求1?4任一所述的鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料，其特征在于:所述金屬丸為鋼丸或鐵丸，其無結(jié)塊和表面無銹蝕。
6.一種利用權(quán)利要求1所述的鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料鑄造鋁合金箱體油道的方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 步驟一，準(zhǔn)備鋼管:鋼管為普通無縫鋼管，表面無銹蝕和油潰，在澆注過程中，其變形量不能超過1.5mm,其壁厚> 3mm,在鋼管長度方向間隔40?60mm,沿鋼管直徑方向鉆3?小5的通孔，然后旋轉(zhuǎn)90°鉆$ 3?$ 5的通孔； 步驟二，對鋼管進(jìn)行噴丸處理； 步驟三，制芯工藝:把鋼管固定于油道芯盒中間位置，在鋼管兩端孔處放置兩根纖維通氣繩，伸進(jìn)管內(nèi)約30_，將所述鑄造鋁合金箱體油道用的復(fù)合材料填入油道芯盒中震實(shí)，待油道芯子固化后出型，出型后將油道芯子放置在平整的芯板上； 步驟四，芯子表面處理:在芯子表面刷醇基涂料后點(diǎn)燃，然后冷卻到室溫； 步驟五，下芯澆注工藝:把油道芯子放置于下鑄型中，油道芯子兩端的纖維通氣繩通過下鑄型兩端的通孔伸到鑄型外，然后用樹脂砂把下鑄型兩端的通孔周圍封嚴(yán)并固化，澆注時(shí)油道芯子產(chǎn)生的氣體進(jìn)入油道芯子中間的鋼管內(nèi)，再通過纖維通氣繩排到下鑄型外。
7.如權(quán)利要求6所述的鑄造鋁合金箱體油道的方法，其特征在于:所述鋼管的規(guī)格與所要形成油道孔的直徑與長度相匹配。
8.如權(quán)利要求6所述的鑄造鋁合金箱體油道的方法，其特征在于:所述油道芯子固化時(shí)間為24小時(shí)。
【文檔編號(hào)】B22C9/24GK103480794SQ201310415230
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】白龍, 張耀, 原建明, 任子清, 梁建忠 申請人:國營第六一六廠