组芯工艺

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1 组芯工艺概述

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        组芯工艺（Cosworth），即用组芯技术生产铸件，组芯由单个砂芯组合而成。组芯技术与湿型砂工艺相比的优势在于尺寸精度高、大量减少了砂的循环、采用气体硬化单一芯砂系统（添加有机树脂的芯砂可有效地回收，回收率达95％以上）。

    目前有以下几种组芯工艺方法：粘胶、螺钉紧固、注铝和锁芯工艺。

    1.1 粘胶是最快速、最常用的组芯法，尺寸精度最高。主要优点：
    1） 聚酷胺类型热熔粘结剂品种较多（粘胶熔化温度140－1800C，相应的粘度为2－4（Pa·s），粘结时间为3－4s；
    2） 粘结处经按压后强度大增；
    3） 在干燥的储存室中元储存时间限制；
    4） 抗湿性能好，可抵御高潮湿空气；
    5） 用量少，强度高；
    6） 多种有效而经济的熔化装置。

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       1.2 注铝

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       简单连接处可以注铝，如预组合水套芯和圆筒芯。该工艺的优点在于落砂后用过的芯砂和金属铝不会混 淆。回收后的铝可被再次熔化并使用。缺点是该工艺成本高己难以自动化。

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      1.3 螺钉紧固

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      螺钉紧固不适用于圆弧芯头。另外螺钉不能被再利用。该工艺经济效率比粘胶法差，但比注铝好。

      1.4 锁芯工艺

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       该工艺的优点是用一个通用芯固定预组合芯，但同时也是缺点。组合预组合芯必须使用昂贵的工装。通用芯生产的费用比热熔粘结胶及螺钉的费用高得多。另外，只有当组合预组合芯的工装没有被磨损时，缸体尺寸的精度才可被保证。约射制50000次后将出现尺寸偏差，必须进行检测、调整。

2 组芯工艺的经济效率

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    2.1 组芯工艺与湿型砂比较
       图1是砂箱尺寸为1200mm×1000mm×350/350mm的有箱湿型砂造型线与用冷芯盒组芯生产线每小时生产90个4缸铝发动机缸体（2.0L轿车）的费用比较。该比较显示了用组芯法批量生产铸件不仅在技术工艺上前景广阔，而且从经济角度考虑也是如此。

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图1 用湿型砂及组芯工艺年产129600个铝缸体的费用比较

    2.2 组芯工艺与重力铸造相比较
    用重力铸造取代湿型砂工艺，来比较一下组芯工艺与重力铸造工艺。组芯工艺将采用同样的生产数据。缸体外形在重力铸造中是采用金属模具。浇注前，将组芯放入模具中。这样，缸体内脏采用芯砂，与湿型砂工艺相似。表1是重力铸造工艺与组芯工艺年产29600件缸体的经济效益比较，其中缸体是用转台式设备生产。要达到每小时叨件缸体的生产量需3个转台，每个带3台重力浇注机。平均生产时间是120s／件。

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表1 重力铸造工艺与组芯工艺费用比较

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生产工艺		重力铸造	组芯工艺
生产设备		转台，每个带3台重力铸造机	带辅助设备的制芯机
生产能力		每个转台：件/120s=30件/h 共需三个转台	90组机芯/h
年产量（1600h/年）一般利用率90%		90件/h*1600h /年*0.9=129600件/年
芯砂最大消耗量（kg/件）		70	184
芯砂组成（重量比）		100%硅砂, 0.4%树脂,0.4%硬化剂,0.06%三乙胺
材料价格（马克/t）		95
初始投资/马克	内腔造型	2400000	2400000
	外形造型	82500009（三个转台，9台重力铸造机，9副模具）	1400000
	尾气净化	60000	300000
	芯砂混制	500000	800000
	总计	11210000	4900000
材料费用	内腔芯砂消耗（马克/年）	0．07t组芯*129600件/年*95马克/ t =862000	862000
	外形芯砂消耗（马克/年）	0	0．11t组芯*129600件/年*95马克/ t =1354000

　 2.3 不同组芯工艺的比较
    生产1个4缸l.6L发动机缸盖的组芯包括1个水套芯、一个进气道和一个排气道芯。单芯可用不同制芯方法制造。铸件材质为铝合金。组芯重量约8kg。不涂涂料。不同工艺费比较见图2。

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图2 每组芯总费用

3 结论

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    组芯工艺是生产高尺寸精度铝合合金缸体缸盖的最新最好的组芯工艺之一。世界著名的汽车集团，如福特，马自达，大众、奥迪，雪铁龙正成功的运用该工艺。选择这种生产工艺的理由是：高生产率、高柔性（在切换发动机型号时）、高铸件质量稳定性、潜在的高自动化、最小的消耗。