一种铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺，包括制备蜡模，制备石膏模，型壳焙烧，工装定位，熔炼铝合金，浇铸成型及拆模等七个步骤。本发明专利技术一方面可提高铸铁缸套与铝合金基体浇铸作业是的加工精度和加工效率，解决了传统发动机缸体铸造中铝铁粘接率不良问题，大幅度提高了发动机气缸的气密性与热传导效率，并有效降低了加工成本，另一方面有效的提高了铝合金基体发动机与铸铁缸套浇铸作业的工艺的稳定性和可控性，便于经验积累和交流，从而可为铝合金基体与铸铁缸套发动机生产技术进步和提高奠定良好的技术储备基础和数据来源。

Composite casting molding process for aluminum alloy matrix engine cast iron cylinder sleeve

The invention relates to a Aluminum Alloy matrix engine cast iron cylinder composite casting molding process, including preparation of wax, preparation of plaster mold, mold shell roasting, tooling positioning, smelting Aluminum Alloy, seven steps of casting and stripping. One aspect of the invention can improve the cast iron cylinder and Aluminum Alloy matrix casting operation is the machining precision and efficiency, solve the problem of adverse bonding rate of traditional aluminum iron engine block casting, greatly improves the air tightness and heat conduction efficiency of the engine cylinder, and effectively reduce the processing cost, but also improves the stability and controllability of Aluminum Alloy matrix engine and cast iron cylinder casting operation process, to facilitate the accumulation and exchange of experience, so as to lay the technical reserve base and data source of good technology for Aluminum Alloy matrix and cast iron cylinder engine production progress and improvement.

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺
本专利技术涉及一种铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺，属发动机生产设备及

技术介绍
目前在发动机主机前期研发过程中，随着用3D打印铸造技术的发展，使样件生产周期缩短60%以上，且经济成本只需要传统工艺的六分之一，从极大的加快发动机试制验证研发速度并降低了研发成本，因此利用3D打印技术进行发动机主机前期研发成为了当前重要的样机生产方式，但当前随着铝合金基体发动机的推广和普及，为了提高铝合金发动机的使用效率和稳定性，往往需要在铝合金发动机基体内设置铸铁材质的汽缸缸套，因此导致在进行发动机生产时，需要将铝合金和铸铁两种不同材质的金属进行浇铸成型加工，但由于铝合金和铸铁材质不同，因此难以有效实现两种不同材质间的有效结合，从而极大的影响了铝合金发动机的质量，因此当前在进行该类发动机铸造加工时，对浇铸砂箱的质量要求往往较高，但在当前的3D打印砂型铸造生产出的缸体表面精度较差，从而严重影响了铝合金与铸铁缸套间结合质量，为了克服这一问题，当前通常需要首先将缸套预埋到浇铸砂箱内，虽然可一定程度提高铝合金基材与铸铁缸套间连接的稳定性，但极易造成缸套表面发生锈蚀，且焙烧熔模壳体会使缸套金相变化，从而对发动机的运行性能造成严重的影响，且生产成本也相对较高，难以满足样品设备小批量实验的需要，因此如何提供一种工艺使气缸套与气缸体的粘合率达到一个较高的水准，是目前本领域待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术目的就在于克服上述不足，提供一种铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺及其制备工艺。为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺，包括以下步骤：第一步，制备蜡模，根据发动机设备图纸及生产工艺要求，使用3D打印设备将聚苯乙烯树脂材料加工为发动机缸体模腔；第二步，制备石膏模，将铸铁缸套通过定位工装嵌入到蜡模的缸体内，然后将蜡模连同铸铁缸套一同嵌于到金属砂箱中，并将定位工装与金属砂箱连接，然后由石膏浆液对蜡模进行包覆定位，然后在16℃-28℃的环境温度条件下，使金属砂箱内的石膏浆液自然凝固，然后将石膏浆液凝固后的金属砂箱转移至真空灌浆罐中，并将真空灌浆罐内气压下降至－0.06MPa以下，然后在1—3分钟内匀速完成石膏浆液在金属砂箱中灌浆浇铸作业，并使灌浆浇铸作业完成后的石膏浆液高出蜡模30mm—100mm，并在完成灌浆作业并保压1—3分钟后，在10—15分钟内对真空灌浆罐进行调压作业，并在真空灌浆罐气压与外界气压相同后，将真空灌浆罐打开，并将完成灌浆作业的金属砂箱取出并静置20—40分钟，形成稳定铸型结构，然后将铸铁缸套与定位工装一同从石膏型壳中取出，然后将铸型反过来，浇口朝上，去掉金属砂箱底板，清理干净浇冒口，接口得到成品的石膏砂箱，并静置10—20小时后待装炉焙烧；第三步，型壳焙烧，将第二步制备得到的成品石膏砂箱转运至焙烧炉内，并使焙烧炉以10℃—50℃/h的速度对焙烧炉进行升温，并在焙烧炉温度达到140℃—170℃时，焙烧炉保温5—8小时，然后以10℃—50℃/h的速度对焙烧炉进行升温，并分别在焙烧炉温度上升至350℃—400℃、500℃——550℃时各保温6-8小时，焙烧炉温度上升至600℃时保温0—3小时，焙烧炉温度上升至690℃—730℃时保温时间8小时-12小时，然后对焙烧炉进行降温至200℃—300℃后保温8—10小时期间即可获得成品型壳，其中降温时的温度下降速度每小时为20℃—50℃；第四步，工装定位，将处于保温状态的浇铸型壳从焙烧炉中取出，利用缸套定位工装，铸铁缸套嵌于第三步制备的型壳中的汽缸位置内，并对发动机铸铁缸套的定位位置进行调整，使其符合发动机设备图纸及生产工艺要求，然后将缸套定位工装与金属砂箱进行连接定位，并在完成铸铁缸套定位安装后，再次将浇铸型壳放回到焙烧炉内以350℃温度保温3小时，其中在铸铁缸套嵌入到型壳中的汽缸位置内前，首先利用丙酮等有机溶剂对铸铁缸及定位工装外表面进行清洗；第五步，熔炼铝合金，首先对熔炼炉的炉膛进行清洁处理，然后将全新铝合金锭环绕炉膛轴线均布排布在炉膛内，且铝合金锭堆放最大高度不大于炉膛有效高度的2/3,然后将铝合金回炉料填充到全新铝合金锭中，且回炉料的使用量不大于总铝合金量的75%，然后对熔炼炉首先在30—60分钟内匀速升温至300℃—400℃并保温30—70分钟，然后在熔炼炉内的铝合金表面喷洒成品覆盖剂，并在喷洒过覆盖剂后，在30—60分钟内匀速升温至690℃—760℃期间，分至少两次向熔炼炉内的铝合金中添加改性合金元素，并在760℃时保温10—30分钟，然后将熔炼炉温度在20—40分钟内下降至730℃—750℃，然后加入成品六氯乙烷精炼剂并保温10—20分钟，即可对铝合金表层氧化渣清理，然后保温准备浇铸；第六步，浇铸成型，将完成第四步作业得到的型壳砂箱转移到真空浇铸装置的真空浇铸腔内，然后将真空浇铸腔内气压下降至－0.06MPa以下并保压，然后将第五步制备高温液态铝合金在5—10分钟内匀速浇铸到第四步作业得到的型壳砂箱中，然后在0.5—2分钟内使真空浇铸腔内气压上升至0.4MPa-0.6Mpa，并保压8—30分钟，然后将浇铸后的型壳砂箱转移到真空浇铸腔外，并静置自然冷却到常温，且自然冷却时的静置时间不小于6小时，同时在浇铸作业过程中，若连续浇铸时间超过4小时，在将剩余的铝合金重新返回到第五步进行熔炼，然后在进行浇铸作业；第七步，拆模，首先将固定在金属砂箱上用于对发动机铸铁缸套定位的缸套定位工装拆除，然后打开金属砂箱，并将金属砂箱内的大体积石膏块进行清理，然后将附着在铝合金发动机浇铸件表面上的石膏体与铝合金发动机浇铸件一同浸泡在去离子水中8—20小时，然后在对附着在铝合金发动机浇铸件表面上的石膏体进行清洗，然后对铝合金发动机浇铸件进行回火处理，消除铝合金发动机浇铸件应力，从而得到成品的铝合金发动机浇铸件。进一步的，所述的第二步中在制备石膏模时，首先根据发动机设备图纸及生产工艺要求，选择相应容积的金属砂箱，然后将第一步制备的蜡模嵌于金属砂箱中，并使第一步制备的蜡模与金属砂箱同轴分布，且第一步制备的蜡模与金属砂箱间间距为25mm—50mm，且金属砂箱高度超过第一步制备的蜡模最大高度至少50mm，然后由石膏浆液对第一步制备的蜡模进行包覆，并预留浇道和同时对金属砂箱内的石膏浆液表面进行平整，完成金属砂箱的制备加工。进一步的，所述的第三步进行型壳焙烧时，第二步制备得到的石膏模在摆放到焙烧炉内时，各石膏砂箱浇冒口朝下，且相邻石膏模间的行距大于100mm、二层装炉时浇冒口位置一定对准下一层的空挡部位。进一步的，所述的第五步中，熔炼的铝合金为铝硅合金、铝镁合金、铝铜合金中的任意一种。进一步的，所述的第五步中的改性合金元素为镁、铝锶中间合金及铝钛硼中间合金中的任意一种或几种共用，且每一种改性合金元素均独立添加，且相邻两种改性何静元素添加时的铝合金温度差为10℃—30℃，时间间隔为10—20分钟。进一步的，所述的第五步中在炉膛进行清洁处理时，炉膛加温到200℃－300℃在坩埚内壁刷涂配好的涂料，每层厚度为0.4－0.6mm连续刷涂三次，涂层应均匀完整，总厚度为1.8mm，然后加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺，其特征在于：所述的铝铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺包括以下步骤：第一步，制备蜡模，根据发动机设备图纸及生产工艺要求，使用3D打印设备将聚苯乙烯树脂材料加工为发动机缸体模腔；第二步，制备石膏模，将铸铁缸套通过定位工装嵌入到蜡模的缸体内，然后将蜡模连同铸铁缸套一同嵌于到金属砂箱中，并将定位工装与金属砂箱连接，然后由石膏浆液对蜡模进行包覆定位，然后在16℃‑28℃的环境温度条件下，使金属砂箱内的石膏浆液自然凝固，然后将石膏浆液凝固后的金属砂箱转移至真空灌浆罐中，并将真空灌浆罐内气压下降至－0.06MPa以下，然后在1—3分钟内匀速完成石膏浆液在金属砂箱中灌浆浇铸作业，并使灌浆浇铸作业完成后的石膏浆液高出蜡模30mm—100mm，并在完成灌浆作业并保压1—3分钟后，在10—15分钟内对真空灌浆罐进行调压作业，并在真空灌浆罐气压与外界气压相同后，将真空灌浆罐打开，并将完成灌浆作业的金属砂箱取出并静置20—40分钟，形成稳定铸型结构，然后将铸铁缸套与定位工装一同从石膏型壳中取出，然后将铸型反过来，浇口朝上，去掉金属砂箱底板，清理干净浇冒口，接口得到成品的石膏砂箱，并静置10—20小时后待装炉焙烧；第三步，型壳焙烧，将第二步制备得到的成品石膏砂箱转运至焙烧炉内，并使焙烧炉以10℃—50℃/h的速度对焙烧炉进行升温，并在焙烧炉温度达到140℃—170℃时，焙烧炉保温5—8小时，然后以10℃—50℃/h的速度对焙烧炉进行升温，并分别在焙烧炉温度上升至350℃—400℃、500℃——550℃时各保温6‑8小时，焙烧炉温度上升至600℃时保温0—3小时，焙烧炉温度上升至690℃—730℃时保温时间8小时‑12小时，然后对焙烧炉进行降温至200℃—300℃后保温8—10小时期间即可获得成品型壳，其中降温时的温度下降速度每小时为20℃—50℃；第四步，工装定位，将处于保温状态的浇铸型壳从焙烧炉中取出，利用缸套定位工装，铸铁缸套嵌于第三步制备的型壳中的汽缸位置内，并对发动机铸铁缸套的定位位置进行调整，使其符合发动机设备图纸及生产工艺要求，然后将缸套定位工装与金属砂箱进行连接定位，并在完成铸铁缸套定位安装后，再次将浇铸型壳放回到焙烧炉内以350℃温度保温3小时，其中在铸铁缸套嵌入到型壳中的汽缸位置内前，首先利用丙酮等有机溶剂对铸铁缸及定位工装外表面进行清洗；第五步，熔炼铝合金，首先对熔炼炉的炉膛进行清洁处理，然后将全新铝合金锭环绕炉膛轴线均布排布在炉膛内，且铝合金锭堆放最大高度不大于炉膛有效高度的2/3,然后将铝合金回炉料填充到全新铝合金锭中，且回炉料的使用量不大于总铝合金量的75%，然后对熔炼炉首先在30—60分钟内匀速升温至300℃—400℃并保温30—70分钟，然后在熔炼炉内的铝合金表面喷洒成品覆盖剂，并在喷洒过覆盖剂后，在30—60分钟内匀速升温至690℃—760℃期间，分至少两次向熔炼炉内的铝合金中添加改性合金元素，并在760℃时保温10—30分钟，然后将熔炼炉温度在20—40分钟内下降至730℃—750℃，然后加入成品六氯乙烷精炼剂并保温10—20分钟，即可对铝合金表层氧化渣清理，然后保温准备浇铸；第六步，浇铸成型，将完成第四步作业得到的型壳砂箱转移到真空浇铸装置的真空浇铸腔内，然后将真空浇铸腔内气压下降至－0.06MPa以下并保压，然后将第五步制备高温液态铝合金在5—10分钟内匀速浇铸到第四步作业得到的型壳砂箱中，然后在0.5—2分钟内使真空浇铸腔内气压上升至0.4MPa‑0.6Mpa，并保压8—30分钟，然后将浇铸后的型壳砂箱转移到真空浇铸腔外，并静置自然冷却到常温，且自然冷却时的静置时间不小于6小时，同时在浇铸作业过程中，若连续浇铸时间超过4小时，在将剩余的铝合金重新返回到第五步进行熔炼，然后在进行浇铸作业；第七步，拆模，首先将固定在金属砂箱上用于对发动机铸铁缸套定位的缸套定位工装拆除，然后打开金属砂箱，并将金属砂箱内的大体积石膏块进行清理，然后将附着在铝合金发动机浇铸件表面上的石膏体与铝合金发动机浇铸件一同浸泡在去离子水中8—20小时，然后在对附着在铝合金发动机浇铸件表面上的石膏体进行清洗，然后对铝合金发动机浇铸件进行回火处理，消除铝合金发动机浇铸件应力，从而得到成品的铝合金发动机浇铸件。...

【技术特征摘要】
1.一种铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺，其特征在于：所述的铝铝合金基体发动机铸铁缸套复合铸造成型工艺包括以下步骤：第一步，制备蜡模，根据发动机设备图纸及生产工艺要求，使用3D打印设备将聚苯乙烯树脂材料加工为发动机缸体模腔；第二步，制备石膏模，将铸铁缸套通过定位工装嵌入到蜡模的缸体内，然后将蜡模连同铸铁缸套一同嵌于到金属砂箱中，并将定位工装与金属砂箱连接，然后由石膏浆液对蜡模进行包覆定位，然后在16℃-28℃的环境温度条件下，使金属砂箱内的石膏浆液自然凝固，然后将石膏浆液凝固后的金属砂箱转移至真空灌浆罐中，并将真空灌浆罐内气压下降至－0.06MPa以下，然后在1—3分钟内匀速完成石膏浆液在金属砂箱中灌浆浇铸作业，并使灌浆浇铸作业完成后的石膏浆液高出蜡模30mm—100mm，并在完成灌浆作业并保压1—3分钟后，在10—15分钟内对真空灌浆罐进行调压作业，并在真空灌浆罐气压与外界气压相同后，将真空灌浆罐打开，并将完成灌浆作业的金属砂箱取出并静置20—40分钟，形成稳定铸型结构，然后将铸铁缸套与定位工装一同从石膏型壳中取出，然后将铸型反过来，浇口朝上，去掉金属砂箱底板，清理干净浇冒口，接口得到成品的石膏砂箱，并静置10—20小时后待装炉焙烧；第三步，型壳焙烧，将第二步制备得到的成品石膏砂箱转运至焙烧炉内，并使焙烧炉以10℃—50℃/h的速度对焙烧炉进行升温，并在焙烧炉温度达到140℃—170℃时，焙烧炉保温5—8小时，然后以10℃—50℃/h的速度对焙烧炉进行升温，并分别在焙烧炉温度上升至350℃—400℃、500℃——550℃时各保温6-8小时，焙烧炉温度上升至600℃时保温0—3小时，焙烧炉温度上升至690℃—730℃时保温时间8小时-12小时，然后对焙烧炉进行降温至200℃—300℃后保温8—10小时期间即可获得成品型壳，其中降温时的温度下降速度每小时为20℃—50℃；第四步，工装定位，将处于保温状态的浇铸型壳从焙烧炉中取出，利用缸套定位工装，铸铁缸套嵌于第三步制备的型壳中的汽缸位置内，并对发动机铸铁缸套的定位位置进行调整，使其符合发动机设备图纸及生产工艺要求，然后将缸套定位工装与金属砂箱进行连接定位，并在完成铸铁缸套定位安装后，再次将浇铸型壳放回到焙烧炉内以350℃温度保温3小时，其中在铸铁缸套嵌入到型壳中的汽缸位置内前，首先利用丙酮等有机溶剂对铸铁缸及定位工装外表面进行清洗；第五步，熔炼铝合金，首先对熔炼炉的炉膛进行清洁处理，然后将全新铝合金锭环绕炉膛轴线均布排布在炉膛内，且铝合金锭堆放最大高度不大于炉膛有效高度的2/3,然后将铝合金回炉料填充到全新铝合金锭中，且回炉料的使用量不大于总铝合金量的75%，然后对熔炼炉首先在30—60分钟内匀速升温至300℃—400℃并保温30—70分钟，然后在熔炼炉内的铝合金表面喷洒成品覆盖剂，并在喷洒过覆盖剂后，在30—60分钟内匀速升温至690℃—760℃期间，分至少两次向熔炼炉内的铝合金中添加改性合金元素，并在760℃时保温10—30分钟，然后将熔炼炉温度在20—40分钟内下降至730℃—750℃，然后加入成品六氯乙烷精炼剂并保温10—20分钟，即可对铝合金表层氧化渣清理，然后保温准备浇铸；第六步，浇铸成型，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇凡，
申请(专利权)人：北京三未科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11