一种消失模铸造凸轮轴用浇注系统的制作方法

本发明属于消失模铸造技术领域，涉及一种消失模铸造凸轮轴用浇注系统，尤其涉及一种适用于球墨铸铁凸轮轴的消失模铸造凸轮轴用浇注系统。

背景技术：

凸轮轴的制造工艺包括铸造法、锻造法和组合法。传统铸造法生产凸轮轴的时铸造型腔设计复杂，对环境污染较大，且铸铁凸轮轴承受交变载荷的能力差。锻造法生产的锻钢凸轮轴虽然具有良好的负载极限，但是加工费用昂贵，经济效益差。使用组合法生产的组合式凸轮轴可有效减轻零件重量，但是工艺较为复杂，增加了批量生产的难度和风险。

由于凸轮轴结构的特殊性，采用消失模铸造法可以有效的解决凸轮轴制造过程中的难题。消失模铸造是在实型铸造法、干砂实型铸造法的基础上发展的负压实型铸造法。该铸造方法先进高效，满足绿色生产的要求。铸造时采用负压排气法既有利于金属液的充型，也可以控制废气的处理和排放。应用泡沫模样可极大地提高凸轮轴生产制模效率和造型效率。泡沫模样不需要考虑分型面和取模，因此通过消失模铸造的凸轮轴铸件具有较高的尺寸精度，减少了机加工的时间和费用。该方法在材料上几乎不受限制，球墨铸铁和铸钢都有应用。

但球墨铸铁凸轮轴的消失模铸造浇注系统的设计有一定的特殊性。对于球墨铸铁这种材料而言，浇道要有一定的挡渣性能。考虑道消失模铸造中的泡沫模样最终气化，消失模铸造的浇注系统还应简单整洁，稳定可靠，有利于气体排出。现有的技术中亟待解决以下问题：

1.浇注系统的类型选择不当，造成液态金属流动不畅或者流速过快，从而造成充型不足等缺陷；

2.浇注系统的截面积比例设计不当，造成对球墨铸铁的阻渣能力差，浇注时支撑性差，成品率低；

3.浇注系统造型过于复杂，预发泡采用的模具造价高昂，不利于模样的粘接制作，经济性差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明为了解决现有技术中消失模铸造球墨铸铁油泵凸轮轴时存在的缺陷问题，提供一种消失模铸造凸轮轴用浇注系统。

为达到上述目的，本发明提供一种消失模铸造凸轮轴用浇注系统，包括浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道、冒口颈和冒口，浇口杯底部设置有过滤装置，浇口杯设置在直浇道的顶部并与直浇道连通，直浇道窝设置在直浇道的底部，并一端连通直浇道，另一端连通横浇道，横浇道远离直浇道窝插入至凸轮轴型腔的一端为内浇道，内浇道与凸轮轴型腔相连通并将金属液引导至凸轮轴型腔，内浇道设置在凸轮轴直径横截面积最大的轴颈处，冒口连接在凸轮轴顶端，冒口呈球形，内浇道∶横浇道∶直浇道横截面积之比为∑s内∶∑s横∶∑s直＝1∶(1.2～1.3)∶(1.4～1.9)，同样体积下球形冒口模数最大，补缩作用最好。

进一步，浇口杯底部的过滤装置为铁隔片或者滤网。

进一步，横浇道为宽度与高度之比为1∶1.5～2的长梯形，横浇道长度l使用下述公式来确定：l＝k+αg+βh

其中，k-常数，凸轮轴铸件取值为120mm

α-修正系数，取0.08

g-单个凸轮轴铸件重量

β-修正系数，取0.06

h-凸轮轴铸件高度。

进一步，直浇道为锥柱形，其大头直径为小头直径的1～1.5倍，浇口杯的直径等于直浇道的大头直径。

进一步，冒口颈连接在冒口与凸轮轴之间。

进一步，内浇道长度为15～20mm，内浇道宽度与高度之比为1∶1。

进一步，浇口杯容量为直浇道与直浇道窝体积之和的1.2～1.5倍。

进一步，浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道、冒口颈和冒口材质均为聚甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚树脂(stmma)。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的消失模铸造凸轮轴用浇注系统，采用封闭式浇注系统，该浇注系统包括内浇道、横浇道、直浇道、直浇道窝、浇口杯和冒口，其中内浇道：横浇道：直浇道横截面积之比为∑s内∶∑s横∶∑s直＝1∶(1.2～1.3)∶(1.4～1.9)，各部分使用特定的横截面积比例可以提高浇注系统对球墨铸铁合金的阻渣能力。

内浇道采用一种宽高比为1∶1的梯形内浇道，这样的比例可以保证金属液冷却速度不至过快，使泡沫模样充分气化并排出。内浇道设置在凸轮轴直径横截面积最大的轴颈处，避免内浇道形成死角，有利于模样均匀气化及铸件的顺序凝固。横浇道采用一种宽高比为1∶2的长梯形横浇道，这种细长梯形的横浇道与常用的扁平形横浇道相比具有良好的挡渣性能，可以有效缓解扁平形横浇道造成的球墨铸铁铸造充型流动不畅的问题。

2、本发明所公开的消失模铸造凸轮轴用浇注系统，直浇道为锥柱形，简化造型结构，便于凸轮轴泡沫模样的装配，同时有利于浇注时气体的排出。浇道的底部设置柱形直浇道窝。根据生产要求在直浇道窝可以与一个或多个横浇道连接。这样在连接多个横浇道时可实现多个凸轮轴型腔同时浇注，提高生产效率。

浇口杯的容量大于直浇道的容量，为直浇道及直浇道窝体积之和的1.2-1.5倍，这样可以避免金属液体积过少造成的浇不足等缺陷。浇口杯底部设置铁隔片或滤网，可增强整个浇注系统的阻渣能力。

冒口为设置在凸轮轴顶端的球形冒口，球形冒口与其他形状的冒口相比，体积相同时模数最大。由于消失模铸造采用泡沫塑料模样，球形冒口加工难度低。

3、本发明所公开的消失模铸造凸轮轴用浇注系统，解决了消失模铸造球墨铸铁凸轮轴时的浇注系统阻渣能力不足的问题，与传统造型方式相比，简化了整个浇注系统的结构，提高了泡沫模样造型的效率，同时提升了浇注时的稳定性和可靠性，通过一个横浇道同时连接多个凸轮轴型腔进行多个同时铸造的方法可以极大的提高凸轮轴生产效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明消失模铸造凸轮轴用浇注系统实施例的结构示意图；

图2为本发明消失模铸造凸轮轴用浇注系统实施例中内浇道的横截面图；

图3为本发明消失模铸造凸轮轴用浇注系统实施例中横浇道的横截面图。

附图标记：浇口杯1、直浇道2、直浇道窝3、横浇道4、内浇道5、冒口颈6、冒口7。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示的消失模铸造凸轮轴用浇注系统，包括浇口杯1、直浇道2、直浇道窝3、横浇道4、冒口颈6和冒口7，浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道、冒口颈和冒口材质均为聚甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚树脂(stmma)，经过真空预发泡、熟化。最终使用机加工制造各部分泡沫模样。然后采用热熔胶粘接，每个直浇道窝通过横浇道和内浇道连接四个凸轮轴模样，粘接完成后浸涂水溶性耐火涂料，厚度为1.5～2.0mm，该浇注系统平稳放置烘干或悬挂烘干后即可使用。

浇口杯底部设置隔片过滤装置，浇口杯设置在直浇道的顶部并与直浇道连通，直浇道窝设置在直浇道的底部，并一端连通直浇道，另一端连通横浇道，横浇道远离直浇道窝插入至凸轮轴型腔的一端为内浇道5，内浇道5与凸轮轴型腔相连通并将金属液引导至凸轮轴型腔，内浇道设置在凸轮轴直径横截面积最大的轴颈处，冒口连接在凸轮轴顶端，冒口呈球形。

浇注系统的具体设计原则如下：

所用的浇注系统类型为封闭型，即∑s口＞∑s直＞∑s横＞∑s内。其中，s口、s直、s横和s内分别代表浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道的横截面积。本实施例所采用各部分的截面之和的比例为∑s内∶∑s横∶∑s直＝1∶1.2∶1.4。优先确定单个内浇道的横截面积来推算其他部分的横截面积。为保证消失模铸造过程中浇注系统的刚度和支撑性，内浇道的横截面积较传统砂型铸造相比扩大1.3倍。具体的横截面积可以参照表1来确定，并依据上述比例关系推算其他各浇道的横截面积。

表1内浇道横截面积的确定原则

内浇道的横截面形状采用如图2所示的梯形浇道。内浇道宽度和高度之比为1∶1。内浇道长度不宜过长，20mm即可。横浇道的横截面形状采用如图3所示的细长梯形浇道，宽度与高度之比为1∶1.8。横浇道长度l使用下述公式来确定：l＝k+αg+βh

其中，k-常数，铸铁件取值为120mm

α-修正系数，0.08

g-单个凸轮轴铸件重量

β-修正系数，0.06

h-铸件高度

直浇道的小头直径依据封闭式浇注系统各部分比例关系求得，大头直径为小头直径的1.2倍。直浇道的高度根据模样浇注位置和吃砂量确定。直浇道下方设置圆柱状直浇道窝，直径与直浇道的大头直径相同。在消失模铸造中设置直浇道窝有以下作用：

1.当泡沫模样气化后，高温金属液会迅速占据型腔，直浇道窝可以防止液体紊流，保证平稳充型；

2.采用一箱多样的造型设计时，可在直浇道窝上粘接多个模样的横浇道，提高生产效率的同时改善各横浇道的流量分配。

浇口杯中设置隔片来提高浇口杯的组渣能力。浇口的直径等于直浇道的大头直径。浇口杯的容量为直浇道和直浇道窝容量之和的1.2倍。球形冒口设置在凸轮轴的顶端，冒口和冒口颈的尺寸可利用三维制图软件由模数法确定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。