1、磨損后期,較大的切削力和切削熱使刀具切削性能急劇下降, 后 刀面出現溝槽磨損, 切削刃產生崩碎現象, 直至失去切削能力 。參考文獻1Valentin N . Moiseyev , Titanium Alloys Russian Aircraft and AerospaceApplications M . Taylor &Francis Group , 2006. 2C . H . Che-Haron , A . Jawaid . The Effect of Machining on Surface Integrity ofTitanium J . J . Mater . Process

2、 . Tech , 2005, 166(2 :188-192. 3王樹鵬, 劉獻禮, 胡景姝, 等 . 復合材料和鈦合金的切削加工 J . 航空制造技術, 2008, (23 :56-59. 4李啟堂, 韓黨社 . 鈦合金薄壁軸套類工件的切削加工 J . 制造技術與機床, 2004(3 :46-48.5何秀梅, 洪寶瑩 . 鈦合金的切削加工工藝分析 J . 航空精密制造技術,2005, 41(6 :59-60.6齊德新, 趙樹國, 馬光峰 . 切削 BT20鈦合金材料中刀具磨損研究 J .機械制造, 2003, 41(457 :42.7石磊 . 鈦合金切削加工中刀具與工件性能匹配的研究 D .

3、 濟南:山東大學出版社, 2007.8胡創國 . 薄壁件精密切削變形控制與誤差補償技術研究 D . 西北工業大學出版社, 2006. 9龐繼有, 胡家農, 于在梅, 等 . 超精密復合加工機床的總體設計 J . 航空制造技術, 2009(25 :97-99. 10A . K . M . Nurul Amin , Ahmad F . Ismail , M . K . Nor Khairusshima . Effectivenessof Uncoated WC-Co and PCD Inserts in End Milling of Titanium Alloy-Ti-6Al-4VJ . J .

4、Mater . Process . Tech , 2007, 192-193:147-158. 發動機缸體缸蓋的消失模鑄造技術 *肖小峰 1, 2薛 瓊 3肖科峰 4胡曉蘭 4(1武漢紡織大學 機電學院 , 武漢 430073 (2華中科技大學 材料成形與模具技術國家重點實驗室 , 武漢 430074(3武漢理工大學 理學院 , 武漢 430070 (4武漢科技大學 城市學院經濟與管理系 , 武漢 430000Casing technology for lost foam casting of cylinder head of engine cylinder blockXIAO Xiao-fe

5、ng 1, 2, XUE Qiong 3, XIAO Ke-feng 4, HU Xiao-lan 4(1School of Electromechanical , Wuhan Textile University , Wuhan 430073, China (2State Key Laboratory of Material Forming and Mould Technology , Huazhong Universityof Science and Technology , Wuhan 430074, China (3College of Science ,Wuhan Universit

6、y of Science and Technology , Wuhan 430070, China (4Department of Economy and Management , City College of Wuhan University of Scienceand Technology ,Wuhan 430000, China 文章編號 :1001-3997(2012 01-0228-03【 摘 要 】 消失模鑄造技術是一種利用泡沫模樣代替傳統復雜造型過程實現零件生產的鑄造工藝 。 近二十年來,消失模鑄造廣泛應用于具有復雜結構零件的鑄造, 通常情況, 鑄件越復雜越能體現該 工藝的優越

7、性 。 20世紀 90年代, 美國成功地將消失模鑄造技術應用于發動機缸體缸蓋的工業化生產,使得零件設計更為柔性 、 集成度高, 減輕鑄件重量, 提高燃油效率, 降低成本; 目前我國企業嘗試用消失 模鑄造技術小批量生產缸體缸蓋, 初步獲得成功, 開始走向市場, 但由于受到增碳 、 氣孔等鑄造缺陷的 困擾, 還未能實現低廢品率的大批量工業化生產 。關鍵詞:缸體 &缸蓋; 消失模鑄造; 計算機輔助設計與制造【 Abstract 】 Lost foam casting is a type of metal casting process that uses expendable foam pa

8、tterns to produce castings instead of traditional molding.In recent twenty years ,LFC has been widely applied in castings with complex structure.Normally ,the more complexity of casting is , the more advantages of LFC could be exhibited.In ninety of last century , LFC has been applied to a batch pro

9、duction of Engine Cylinder Block &Head successfully in America ,which brings more flexibility and integration in part design and manufacture , lightens weight as well as improves the fuel efficiency and minimizes cost ; Several enterprises in china set about a small batch production of Cylinder

10、Block &Head by LFC and achieve preliminary success.But it is still a long way to run because of technical immaturity and casting defects, such as porosi -ty, carbon-increasing etc.Key words :Cylinder Block &Head ; LFC ; CAD/CAM/CAE中圖分類號:TH16文獻標識碼:A*來稿日期:2011-03-09*基金項目:國家自然科學基金 (50805109 , 中

11、央高校基本科研業務費專項資金 (2011-1a-0231消失模鑄造消失模鑄造技術 (Lost Foam Casting 簡稱 LFC 是一項精確成形的鑄造新技術 1。 1958年, 國外科研人員最早用泡沫板材加 工的模樣, 用含有粘結劑的型砂作充填砂制造金屬制件并取得專Machinery Design &Manufacture機械設計與制造第 1期 2012年 1月228利 2, 不過直到 20世紀 80年代專利期滿后, 消失模技術才獲得了 大規模的應用 。 在 20世紀 90年代, 有美國通用汽車公司率先應 用于發動機的缸體缸蓋 3, 并實現大批量工業化生產獲得成功 。1.1LFC

12、法的工藝過程消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結組合 成模型簇, 刷涂耐火涂料并烘干后, 埋在干砂中振動造型, 在常壓 或負壓下澆注, 使模型氣化, 液體金屬占據模型位置, 凝固冷卻后 形成鑄件的新型鑄造方法 4。 傳統的粘土砂鑄造與消失模鑄造主要工藝流程 5的比較,如圖 1所示 。 混制型砂 混制 芯砂造 下型造 上型取出 鑄件下芯制芯合箱澆注落砂清理舊砂除塵冷卻(a 粘土砂鑄造取出 鑄件干砂 充填烘干澆注預發浸涂料落砂清理舊砂除塵冷卻 組模 、 發泡成型 (b 消失模鑄造 圖 1兩種鑄造工藝流程的比較可以看出,消失模鑄造每生產一個鑄件就要消耗一個泡沫 模樣, 所以增加了預發泡和發

13、泡成型的工序, 但減少了型 (芯 砂 制備 、 制芯 、 造型 、 下芯等許多煩瑣工序 。1.2LFC 法的工藝主要特點(1 LFC 是一種近無余量 、 精確成形的工藝 。 其特點是, 采用 聚苯乙烯或共聚物的泡沫塑料模壓成型, 組合成模, 泡沫模樣可 實現無起模斜度, 既無分型面又無型芯, 減少由于型芯塊組合而 造成的尺寸誤差 。 鑄件尺寸精度和表面粗糙度可達 (CT5CT7 、 Ra =(6.312.5 m , 介于砂型鑄造和熔模鑄造之間 。 由于充填砂采 用干砂, 根除了由水分 、 粘結劑合附加物帶來的缺陷, 鑄件的廢品 率下降, 鑄件質量明顯提高 6。(2 容易實現清潔生產 7。 低溫

14、下聚苯乙烯 (EPS 對環境無 害, 澆注時 EPS 有機物排放量僅占澆注鐵液質量的 0.3%, 而自硬 砂為 5%。 同時產生有機排放物的時間短, 地點集中, 易于搜集, 可 以采用負壓抽吸式燃燒凈化器處理, 燃燒產物凈化后對環境無公 害,舊砂回用率在 95%以上 。 與傳統鑄造方法相比, LFC 法的噪 聲 、 一氧化碳氣體和硅石粉塵危害明顯減少, 工人勞動強度大大 降低, 勞動環境顯著改善, 容易實現機械化 、 自動化和清潔生產 。(3 為鑄件結構設計提供了充分的自由度 8。 原先要由多個 零件加工組裝的結構,采用 LFC 工藝后可以通過分片制模然后 粘合的辦法整體鑄出 (如:復雜的六缸

15、缸體 、 蓋模樣可以由若干個 模片組裝成一個整體, 如圖 2所示 。 而且型芯可以省去, 孔 、 洞可 以直接鑄出, 這就大大節約了加工裝配的費用, 同時也可以減少 加工裝備的投資 。 一般說來, 與傳統鑄造工藝相比, LFC 技術設備 投資可減少 (3050 %, 鑄件的成本可下降 (1030 %(成本下降 的幅度取決于零件批量 、復雜程度以及加工裝配時間的節省等 。 (a 整體模樣 (b 分片模樣圖 2鋁合金消失模缸體泡沫模樣(4 金屬液的流動前沿式熱解的消失模產物 (氣體和液體 , 它會與金屬液發生反應并影響到金屬液的充填, 如果金屬充型過 程中熱解物不能順利排除, 就容易引起氣孔 、

16、皺皮 、 增炭等缺陷 9。這就要求工藝師掌握消失模鑄造成形原理,正確設計澆注系統, 制定合理的工藝方案 。(5 模具制造成本較高, 沒有一定的生產批量, 很難獲得好 的經濟效益 。2缸體缸蓋的消失模應用消失模鑄造符合當今鑄造技術發展的總趨勢,有著廣闊的 發展前景, 其優越性不容置疑 。 特別適合于離合器殼 、 變速箱 、 發 動機缸體和缸蓋這類產品的批量生產, 下面就介紹國內外相關應 用情況 。2.1美國1981年的時候, 國外某汽車公司 (General Motors Powertrain 簡 稱 GMPT 利用消失模技術第一次試制了 4.3L 、 V6型鋁合金發動 機缸蓋, 如圖 3(a

17、所示 。 由于各方面工藝還未成熟, 沒有取得成功; 1985年 GMPT 又試制 2L 、 L4型鋁合金發動機缸蓋, 如圖 3(b 所 示, 一舉獲得成功 10; 2001年 GMPT 所屬的 Saginaw 鑄造廠消失模 生產線正式投產, 標志著美國消失模技術走向成熟 11。 Saginaw 鑄 造廠是目前世界上最先進 、 規模最大的消失模生產工廠 。 共有五條 生產線, 能夠日產 198.6kW (270馬力 直列式運動跑車六缸鋁合金 缸體和缸蓋各 2100件, 試壓后總廢品率不大于 12%, 其中內廢小 于 10%。該廠生產的 Votec 4200六缸缸體和缸蓋, 如圖 4所示 。 是目

18、 前最復雜 、 最有代表性的 LFC 產品 。 充分體現了 LFC 技術的優越 性 。 這種型號的缸體和缸蓋是該公司的設計部門充分考慮了 LFC 法的特點而設計的 。缸體質量 40kg , 缸蓋質量 22kg , 產品設計中集成了曲軸箱, 油 /空氣分離器, 如圖 5(a 所示 。 通氣系統, 如圖 5(b 所示 。 復雜彎 曲 、 和回油管路全部鑄出, 如圖 6所示 。 大大減小了鉆孔加工和螺 栓裝配工作量, 減輕了整機的質量噪音 、 震動和污染, 提高了燃油 效率, 降低成本 12。 另外, Saginaw 鑄造廠工藝過程完善, 完全實現了 清潔生產, 5臺預發泡機 、 29臺成行機每天生

19、產高質量的聚苯乙烯 缸體和缸蓋模樣 。 缸體分 4片, 粘合成一個整體, 澆注時水平放置, 一箱一件; 缸蓋分 5片粘合成一, 減少了個整體, 澆注時水平放置, 一箱兩件 。 采用高性能的云母基涂料, 由機械手自動浸涂, 干燥后 由機械手放入砂箱, 雨淋式加砂, 分三階段水平振動緊實 。 鑄件在 清理 、 粗加工后, 100%經滲透試驗, T6熱處理, 然后送到加工工廠 進行精加工 13。第 1期 肖小峰等:發動機缸體缸蓋的消失模鑄造技術 229(a 4.3L 、 V6型 (b 2L 、 L4型圖 3鋁合金發動機缸蓋圖 4Votec 4200Iline 6Block &Head油 /空

20、分離器缸蓋通氣孔(a 油 /空分離器 (b 缸蓋通氣系統 圖 5缸體 、 蓋內部復雜結構缸體油路缸蓋油路圖 6發動機高壓油路系統經過十余年的研究和實踐, 相關計算機軟件快速發展, 使消 失模的工藝設計建立在更科學的基礎上 。 在工藝和模具設計制造 領域, 建立了先進實用的 CAD/CAM/CAE系統, 可以準確 、 高效地 生產像六缸缸體 、 缸蓋之類復雜高質量的模具; 通過應用軟件 (如 Flow 3D 模擬金屬液充型 、 凝固過程的流動場和溫度場 14, 可預測 鑄件產生缺陷的部位; 并著手進行泡沫珠粒射料過程的流場模擬 和模樣在模具中加熱 、 冷卻過程中溫度場的變化規律模擬 。 成功 地

21、實現曲軸 、 變速箱 、 差動器 、 離合器 、 發動機缸體和缸蓋的工業 化生產, 如圖 7所示 。圖 7典型 LFC 產品2.2國內20世紀 90年代中后期 LFC 法在我國獲得較廣泛的生產應 用和快速發展, 在不到十年的時間里, 我國消失模鑄造技術已發 展到了一個新的階段, 在產品質量逐步提高地同時, 鑄件也由簡 單的耐磨零件擴展到變速箱體等復雜鑄件 15。 2003年至今我國某 企業生產的 LFC 缸體 、 缸蓋, 如圖 8所示 。 采用消失模技術, 主攻 缸蓋 、 缸體, 初步獲得成功, 開始走向市場, 但由于受到增碳 、 氣孔 等鑄造缺陷的困擾, 還未能實現低廢品率大批量工業化生產 16。(a 鑄鐵缸體 (b 鋁合金缸蓋圖 8國產 LFC 缸體 、 蓋3結論發動機缸體 、 蓋的制造水平是衡量國家的制造業水平