【正文】 感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我很多素材，還在論文的撰寫和排版過程中 提供熱情的幫助。在此向幫助和指導過我的各位老師表示最 衷 心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學者。 致謝 歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在 寫 論文的過程中遇到了無數的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。現(xiàn)在鋁材中添加強化元素后，強度大大提高，并仍然具有質量輕、散熱性好等特點，這可以滿足發(fā)動機活塞及汽缸蓋等較惡劣工作環(huán)境的要求。 鋁合金是汽車上應用得最快和最廣的輕金屬， 本文采用控制 對鋁合金進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和澆注 系統(tǒng) ，取得了較為明顯的效果，但鑄件的表面質量還有上升的空間。但存在大量表面氣孔以及殘渣，熱節(jié)部位還存在縮孔缺陷，鑄件外部質量良好。鋁合金在熔煉過程中，盡量提高其熔煉速度，減少高溫停留時間，澆注前對合金液進行精煉處理。要保證爐料干凈，不含夾雜物，使用前要對澆注爐進行一定的預熱處理。另外，二者同樣需要密切關注天氣的變化，因為空氣的濕度和大氣溫度對鑄造產品的質量有很大影響。消失模殼型鑄造在澆注前脫去了泡沫模樣，可避免消失模鑄件易出現(xiàn)的皺皮，夾雜等缺陷。根據以上分析，泡沫模密度應該控制在 3gcm。由于高密度泡沫模的泡孔壁較厚，聚苯乙烯分子排列有序化程度相對較低，泡孔破裂速率較慢，聚苯乙烯長鏈分子運動的阻力較大，因此高密度泡沫模需要更高的溫度來加速泡孔的破裂和泡沫的分解。對于大多數泡沫模，隨著泡沫模密度的增加，鑄件表面粗糙度不斷減??；隨著泡沫模表面粗糙度的增大，型殼和鑄件的表面粗糙度 不斷增大，它們之間基本呈現(xiàn)線性的關系。本論文通過對發(fā)動機進氣歧管模具結構和鑄造工藝的分析研究，并通過消失模殼型鑄造澆注實踐驗證，可得出以下結論： （ 1） 泡沫模密度對型殼鑄件表面的影響 消失模殼型鑄造技術的關鍵就是泡沫模的選取與制備。通過研究其斷面可發(fā)現(xiàn)熱節(jié)處存在氣孔缺陷。圖 36 為消失模殼型鑄造進氣歧管鋁合金鑄件。 圖 35 進氣歧管模樣分片及泡沫模型照片 獲得零件的 泡沫模樣之后，結合 32節(jié)中澆注系統(tǒng)以及復合型殼的制備技術制備出進氣歧管零件硅溶膠復合型殼。 澆注實踐 進氣歧管主要采用重力澆注成形方式，其成形工藝如圖 35 所示。當鑄件完成凝固后鑄件也有產生縮孔縮松的傾向，但主要出現(xiàn)在最上部和中部的兩處厚大部位。凝固過程中，除上部厚大部位外，其余部位基本按照從上到下的順序凝固，使得澆注系統(tǒng)能夠最大限度進行補縮。 帶澆注系統(tǒng)的泡沫模樣 進氣歧管零件型殼 圖 34 進氣歧管零件雙內澆道 圖 34 為進氣歧管零件雙內澆道。采用重力澆注工藝所得的鑄件外形完整，表面質量較高。該零件采用封閉式澆注系統(tǒng)，鑄件質量小于 20kg，其澆口比設計為 直S ： 橫S ： 內S =（ 2~4）： 2:1。澆注實踐 t=。 t 為澆注時間，澆注時間計算公式可以采用t=k G ，其中 k 為經驗因子。 圖 33 進氣歧管零件尺寸圖 圖 33 為進氣歧管零件的尺寸圖。根據該零件的特點以及該零件可以設置澆注系統(tǒng)位置進行分析后得出，該零件的澆注位置只能選取在零件側面或者頂部。 根據澆注系統(tǒng)在鑄件上的位置，一般分為頂柱式、底柱式、階梯式等。 澆注系統(tǒng)設計 在澆注系統(tǒng)設計中首先要對澆注位置進行選取。 失模的作用是去除型殼內的可融性物質以保證型殼透氣性和內部的光潔與干凈；而燒結的作用是通過高溫焙燒，使得型殼材料之間可以充分擴散反應并融合，以大幅度提高型殼整體的強度。 本實驗采用低溫燒模（ 200300℃ ）工藝 進行失模 。所以在失模過程中由于存在一個泡沫模型體積膨脹的過程，如果失模溫度控制不當則會發(fā)生型殼開裂的情況。 （ 3） 失模及焙燒試驗研究 ：根據張展等人對 EPS 泡沫模型在失模過程中體積變化的研究發(fā)現(xiàn)： EPS 泡 沫在失模過程中伴隨這溫度的升高會存一個體積變化的過程。表面層的干燥時間為 23h，不吹風。 （ 2） 涂掛涂料：制備涂料后，將泡沫模樣浸入涂料中，上下、左右轉動，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；然后自上而下均勻重復撒砂，待砂層粘 附平整且均勻時，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；重復進行以上操作，最終獲得具有一定厚度的陶瓷型殼。先將盛放粘結劑的制殼操作桶置于攪拌機下以恒定轉速攪拌（ 800r/min），先加入潤濕劑（ 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塊為宜，最后加入消泡劑（正辛醇）。如表 34 所示。 不同粉液比對涂料粘度、密度、涂片重及型殼強度有不同的影響規(guī) 律。其中粘結劑、耐火粉料以及骨料是型殼的主要組成部分。 圖 32 型殼制備工藝流程 在制殼過程中型殼材料的選用對型殼性能會產生很大的影響。③利用空型殼直接對鋁合金進行澆注，有效的避免了由 于鋁合金熱容較小在消失模鑄造中經常出現(xiàn)的澆不足與冷隔缺陷發(fā)生。采用該種方法的好處是：① EPS 模型成本低廉、密度較小且比強度高，可以為大型薄壁復雜件的成型提供了可行性。尤其在應用到大規(guī)模工業(yè)生產中后，型殼性能的好 壞直接影響了后續(xù)能否順利進行，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度、透氣性、制殼效率等各種指標。所以從價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 33所示。其中剛玉粉鎂砂和鋯英粉耐火度高，且性能穩(wěn)定，但價格過高。 表 32 硅溶膠成分 ω(SiO2)/% ω(Na2O)/% PH 粘度 /() 密度 /() 30 ≤ 910 ≤6 （ 2）耐火材料的選用 鋁合金熔點較低，約為 660℃左右，所以對制殼粉料的耐火度要求并不高。 采用硅溶膠為 粘結劑制備陶瓷型殼，主要由于硅溶膠型殼具有較高的高溫強度和較好的表面質量，且無污染，是一種綠色粘結劑。這是由于水玻璃的主要成分是硅酸鈉（ 32SiONa ），其硬化機理是 32SiONa 在模數與濃度比較高時析出游離硅酸，由于有鈉離子的存在，所以在型殼內表面會存在鈉鹽聚集現(xiàn)象，鈉鹽熔點較低，在型殼高溫燒結后，往往會在型殼內表面出現(xiàn)大量的蠕蟲狀或條形空洞，降低了型殼強度以及鑄件表面的質量。 表 31 發(fā)泡成型工藝參數 成型壓力 /MPa 模具預熱時間 /s 成型時間 /s 冷卻時間 /s 30 90180 60 （ a）整體模樣正面 (b) 整體模樣反面 圖 31 進氣歧管零件泡沫模樣 型殼的制備工藝 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。通過合理控制成型工藝參數，便可制備出強度高、表面質量好的泡沫模樣 ?？紤]金屬型的激冷效應，取最小截面積為 1 500 2mm ，將澆道分成 3個進料口， 第三章 鑄造工藝設計 泡沫模樣的制備 消失模殼型鑄造中利用質量小、比強度高、價格便宜的消失模模型來成型鑄造型腔是工藝的前提條件。 內澆道最小截面積 A為： A=PHQ?? (2) 式中， Q為鑄件總質量，此處為 9． 8 kg；ρ為鋁合金密度，為 2． 5 g／ cm3；μ為阻力系數，根據經驗取 0． 92； H(澆口杯至內澆道的高度差 )為平均計算壓力頭 ，取 0． 5cm。 （ 2）澆注系統(tǒng)的設計 對鋁合金這類易氧化、易吸氣合金澆注系統(tǒng)，設計的要求是不帶入氣體、能充分擋渣、快速平穩(wěn)充型。鑄件的凝固溫度場在這些區(qū)域形成相對的高溫區(qū)，在管道處及穩(wěn)壓腔形成低溫區(qū) 。此鑄件形狀復雜，彎度較大，穩(wěn)壓腔部 位在開型狀態(tài)時高于與氣缸蓋的安裝法蘭面 (簡稱法蘭面 )，除了有進氣道外還有 EGR 氣道回路，砂芯定位困難，更增加了此進氣歧管的鑄造難度。傾轉，澆口杯跟著模具邊傾轉邊進料 )充型平穩(wěn)，充型壓力高，排氣效果好。進氣岐管采用傾轉澆注 (模具跟著澆臺從 0176。對于這種形狀復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 。 鑄 件結構 分析 鑄件 結構要求 鋁合金進氣岐管是發(fā)動機的重要零件， 其氣密性和內部質量直接影響到發(fā)動機的工作效率，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，鑄件形狀比較復雜，鑄造鋁合金晶粒 要求細化，產品必須經過 耐壓試驗。制殼材料的選擇也會對型殼質量產生很大影響。氣化模為多 孔性泡沫塑料，在預發(fā)泡及成型過程中，孔內發(fā)泡劑及氣體的急劇膨脹會使孔洞增大、孔壁減薄，取出氣化模時，由于突然泄壓會造成孔內外存在較大壓差。 氣化模的成型工藝會對后續(xù)型殼產生重要影響。泡沫模 的 密度 不同也會 對泡沫模 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 產生很大的 影響 。聚苯乙烯模尺寸穩(wěn)定 ,使該工藝能夠生產大型、精密、復雜的鑄件。 鑄件材料的設計要點 消失模 精密鑄造是在實型鑄造和熔模鑄造的基礎上發(fā)展的復合鑄造工藝。 （ 5）加工性能和表面處理性能佳 通過添加其他金屬元素，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。 （ 3）強度高 鋁及鋁合金的強度高，經過一定程度的冷加工可強化基體強度，部分牌號的鋁合金還可以通過熱處理進行強化處理。 （ 2）耐腐蝕性好 鋁的表面易自然產生一層致密牢固的三氧化二鋁保護膜，能很好的保護集體不受腐蝕。 第二章 鑄造結構分析 鑄件材料 分析 鑄件材料的特點 本文研究的鑄件材料是鋁合金，故鋁合金的特點主要是： （ 1）質輕 鋁及鋁合金密度接近 3gcm，是鐵和銅的三分之一。通過選擇合適的型殼提高型殼的燒結強度；同時選擇合適的制殼工藝與材料，提高型殼的干燥速度。針對鋁合金進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合型殼制備工藝。該工藝吸取了消失模鑄造的工藝優(yōu)點，在原有的 EPS白?；A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。而這對于國防、航空航天、汽車工業(yè)行業(yè)等領域都有極其重要的意義。由于目前的大多數鑄造工藝在生產較 大尺寸的復雜薄壁精密鑄件時經常遇到許多問題，比如成形困難、鑄造缺陷多、品質低等。若進氣管內壁光滑，可減少氣體的流動阻力，提高發(fā)動機功率。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越多人研究探索。目前實際應用的鋁合金零件成形方法主要是鑄造成型為主，其中壓力鑄造技術是目前為止比較成熟 的應用面較廣的鋁合金鑄造方式。從鋁資源上講，鋁在地球上儲存量非常豐富，可以被大規(guī)模發(fā)掘利用。 資源汽車工業(yè)將加快對鋼制產品的替代工作。鋁合金的優(yōu)良性能使其成為現(xiàn)有的被應用在大規(guī)模工業(yè)生產中發(fā)展最快的合金材料之一。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。本論文在實驗中會詳細說明。制殼材料確定后 ,型殼質量決定于制殼工藝。 目前，國內外主要采用硅溶膠為粘結劑制備陶瓷型殼，主要由于硅溶膠型殼具有較高的高溫強度和較好的表面質量，且無污染，是一種綠色粘結劑。硅溶膠型殼高溫強度好，高溫抗變形能力強，熱震穩(wěn)定性高，且型殼表面質量好；為水基粘結劑，型殼不需要化學硬化，使用方便，環(huán)境衛(wèi)生；但型殼干燥速度慢，濕強度低，制殼周期長。這三種粘結劑制備的型殼各有優(yōu)缺點。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 來石，鋁礬土和煤矸石等。面層涂料與金屬液直接接觸，其應為平整、致密、光滑的工作表面，并保證不與金屬液發(fā)生作用。 制備型殼的材料主要包括粘結劑、耐火材料和撒砂材料等。型殼是經配料，浸涂料，撒砂，干燥硬化和高溫焙燒等工序而制成。陶瓷型鑄造的主