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1、金属型浇注铝活塞用保温冒口套的研制刘瑞玲 王丽娟 魏情 李志勇摘要介绍了一种以漂珠、附加保温材料和水玻璃粘结剂混制而成的保温冒口套。验证结果表明：该冒口套具有保温效果好，寿命长，价廉，制作工艺简单，是进口冒口套的替代品，具有推广应用价值。 关键词：保温冒口套金属型铝活塞 用金属型铸造铝活塞时，以往我们采用活塞头部朝下，上抽芯等方法，其工艺出品率仅为40%左右。河北某厂引进德国马勒公司的浇注机生产铝活塞，采用的是下抽芯方法，活塞头部朝上，并使用保温冒口，工艺出品率高达82%。但进口保温冒口套价格昂贵，且常因供应中断而影响生产。为此研制出了一种新型金属型保温冒口套，它不仅具有良好的保温性能，且寿命
2、长，有足够的耐火度和一定的韧性，材料来源广，成本低，使用方便，无污染。 1试验用原材料 1.1保温材料 试验用保温材料为空心微珠(漂珠)及附加保温材料，附加保温材料的作用是在冒口套中起提高韧性的作用。空心微珠的化学成分、物理性能见表1。 表1保温材料化学成分及物理性能 名称wB/%体积质量耐火度导热系数SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgO其他kg.m-3W.m-1.K-1空心微珠50602525400.530.52余量2503901 5500.0710.0951.2粘结剂 试验用的粘结剂为水玻璃，其性能见表2。 表2水玻璃的性能指标 编号模数密度/kg.m-312.271 52022.48
3、1 5102“8”字试样及冒口套制作 将漂珠和附加保温材料定量后混匀，然后慢慢加入水玻璃混匀，最后加适量水调湿后备用。“8”字试样及生产用冒口套均利用金属型在自制的压实设备上紧实。图1为压实机的结构简图；图2则为试验用金属型结构简图。制作好的“8”字试样及冒口套要进行烘干硬化才可使用。 图1压实结构简图 Fig. 1Scheme of pressing constructure 1.基座 2.导杆 3.千斤顶 4.工作台 5.外模 6.内模 7.压头 8.横梁图2试验金属型结构简图 Fig. 2Scheme of testing permanent mold constructure 1.芯棒
4、 2.内模 3.外模 4.夹紧装置 5.冒口套 6.销子 7.芯棒座3试验方法 研制出的新型保温冒口套要求表面质量好，有一定强度，不易损坏，可重复使用，保温性能好，故要求其具有较高的抗拉强度、较小的体积质量及导热系数，以下是具体的试验方法。 3.1冒口套表面质量评定 要对烘干(或焙烧)后的冒口套外观质量进行评定，一般为以下两个方面。 (1)烘烤或焙烧后是否变形、开裂。 (2)用手指用力划其表面，看是否掉粉。如果无变形、开裂及不掉粉，则其表面质量为“好”；如果无变形及开裂、部分掉粉，则其表面质量为“较好”；如果变形或开裂，不掉粉，或无变形开裂但掉粉严重，则表面质量为“差”。 3.2抗拉强度的测试
5、 将制成的“8”字试样在杠杆式万能强度试验机上测定。试验结果取三个数值的算术平均值。 3.3体积质量 将冒口套或“8”字试样，在架式天平上称量，然后计算其体积质量。 3.4导热系数的测定 用混合料在自制压实设备上压制100 mm100 mm50 mm的试样，试验测定导热系数。 3.5模拟浇注试验 试验是在实验室模拟现场工作条件进行。即将冒口套预热至300 ，然后直接放入已加热至750 的箱式炉内保温1.5 min，取出炉外放置1 min左右，计数1次；然后再放入，进行第2次，这样重复进行，直至冒口出现明显裂纹或破损，统计其重复次数。 3.6实验室浇注试验 浇注的是ZL108合金，浇注温度为70
6、0720 ，浇注时，铸型装配简图如图3。本试验主要考虑高温铝液对冒口套表面是否浸蚀。 图3铸型装配简图 Fig. 3 Scheme of casting mold assembled 1.下箱2.下型3.上箱4.上型5.内浇道6.直浇道7.冒口套4试验结果 经大量试验获得了一种较理想的混合料，其配方中漂珠与附加保温材料比例适当，水玻璃为25%。经烘干后的冒口套的抗拉强度为0.84 MPa；体积质量为0.93 g/cm3；表面质量好；T=100 时的导热系数=0.273 W/(m.K)。通过浇注试验发现冒口套与铝合金分离，冒口套表面光滑，未被铝液浸蚀，且冒口套无裂纹、破损等。模拟试验进行了近百次
7、，无明显裂纹、破损，说明此种冒口套可以承受一定的急冷、急热，因而使进一步的生产验证成为可能。 5生产验证 对生产试验中浇注的铝活塞随机抽样检查缩松情况，铸件从中间剖开后，用NaOH水溶液腐蚀，肉眼观察无缩孔、缩松，符合产品的标准要求。对试验的50个冒口套进行观察，使用过程中不浸蚀，无污染，可重复使用120200次(根据活塞大小不同)。由此可见冒口套性能满足要求，且铸件质量良好。 6经济效益分析 已研制的冒口套价格为0.80元/套，其平均使用寿命150次；进口冒口套约为200元/套，寿命10002000次。河北某厂年产活塞250万个，如用研制的冒口套代替进口冒口套，则每年节约人民币23.75万元。此冒口套使用的原材料来源广，价格低，尤其制作方便，可一次成型，如推广至其他铝合金的金属型铸造生产中，除可减小冒口，提高工艺出品率外，亦可减少人力、物力、能源等消耗，具有可观的经济效益和社会效益。 作者简介：刘瑞玲，女，1965年出生，副教授，河北科技大学材料系，石家庄(050054) 作者单位：刘瑞玲王丽娟河北科技大学 魏情李志勇石家庄内燃机配件厂
