大型船用柴油机气缸盖铸造工艺设计

大型船用柴油机气缸盖铸造工艺设计

气罐盖是用于海上驾驶的重要部件。尤其是大型船用柴油机的气缸盖,其质量要求非常高,而且结构复杂,铸造工艺技术参数多,制造难度大。我公司生产某大型船用柴油机210气缸盖之初,废品率相当严重,主要缺陷有缩松、缩孔,局部还有少量的皮下气孔,严重影响了公司的正常生产和经济效益。本文在分析气缸盖铸件缺陷产生原因的基础上,设计了大型船用柴油机复杂气缸盖的铸造工艺方案。实践表明,该方案是可行的,将废品率基本控制在1%以下,取得了显著的经济效益。1主缸盖结构及要求1.1室内一体化组合结构该产品成品外形尺寸为790mm×480mm×350mm,重220kg。其结构特点是:进气管与进气道是连在一起的,也就是缸盖与进气管是一体化的。缸盖内腔水套结构复杂,壁厚相差悬殊,壁厚分别为10、20、30、50和80mm等。见图1。1.2金相组织中铁素体及石墨的成分气缸盖铸件材质QT400-15,硬度135~185HBS,金相组织中主要是铁素体,珠光体含量<15%,90%球粒,V/VIA5/7型石墨。力学性能:抗拉强度≥390MPa,屈服强度≥250MPa,伸长率≥14%。2铸造缺陷的原因及解决措施产生的缺陷及主要原因是:(1)铸件的壁厚不均匀,壁厚在10~80mm范围内变化,在厚大处易产生缩孔、缩松;(2)铸件材质为球铁,由于球铁的结晶特点,铸型型腔易胀大,导致缩松产生;(3)铁水中的MgS与型砂水分接触,生成H2S气体,导致气孔产生。为防止上述缺陷的产生,工艺上应采取如下措施:(1)加大冒口补缩能力;(2)在壁厚厚大热节位置处安放冷铁;(3)改善排气系统,使型腔内气体顺利排出;(4)严格控制型砂含水量及铁水的含硫量。3砂芯结构分析根据气缸盖铸件的三维模型,通过UG软件提取出来砂芯,对提取出来的砂芯结构进行分析,再根据现有的生产技术条件,确定采用1箱1件的铸造方案。3.1表面涂层胶结充填的施工铸件的长、宽、高的三个方向的铸造收缩率都取1%;对于上、下外型模及所有的砂芯,没有拔模斜度的取1°;对于上、下外型形成的铸件表面喷涂涂料,全部砂芯单独浸涂,铸件外表面的抛丸量厚度取0.2mm,涂料层厚度取0.3mm;芯盒分型负数取0.2mm;铸件加工余量取4mm。整个铸型由上下砂型和14个砂芯形成。3.2雕塑工艺设计3.2.1增加滤网系统作为高强度厚壁球铁铸件,为确保铁液浇注平稳充型,有利于排气畅通。采用分两层封闭式的浇注系统,增加滤网,先从底部进水,充满底部后,再向顶部进水。浇注系统一部分由上外型形成,另一部分由砂芯形成。∑F内∶∑F横∶∑F直=1∶1.19∶1.31(其中∑F内=29.25cm2,∑F横=34.81cm2,∑F直=38.46cm2)。图2为浇注系统简图。3.2.2冒口及接种口的设计由于铸件材质是球铁,是用于船机的,这对铸件的质量要求,特别是致密性要求更高。进行铸造工艺设计时,对于外型模工艺设计,尤其是上外型,其冒口、排气针、冷铁的布置都是很关键的;设计砂芯工艺时,各个砂芯之间的排气通道,以及砂芯与型腔之间排气通道,砂芯与上外型的排气针的通道,它们的布置及联接都是设计砂芯工艺时的难点。排气系统及冒口的设计关系到该铸造工艺方案是否成功。通过综合考虑,设计的上外型模如图3所示,包括浇注系统、冒口、排气针、冷铁。图4为砂芯组装图,包括浇注系统、排气系统、砂芯定位。3.2.3砂芯冷芯盒设计为了保证铸件的质量,14个砂芯全部采用冷芯盒制芯。根据各砂芯的形状尺寸,设计4套冷芯盒,就可以把14个砂芯配套布置完成。除进、排气道砂芯用宝珠复合砂外,其它砂芯用普通冷芯砂。3.2.4全尾树脂砂混砂充填工艺造型设备采用Z295B型自硬砂振实机。造型用的背砂采用固定式双臂树脂砂混砂机混制;面砂用手工混制,配制工艺为:将一批量砂均分成两半,一半与树脂均匀混合,另一半与固化剂均匀混合,待到使用时将两部分混合搅拌均匀。背砂、面砂各物料配比见表1、2。4外观图的分析生产表明,本工艺方案是可行的。图5为缸盖铸件的外观图(铸件剖开后叠起来)及其局部剖开图。由图可清楚地看到,铸件轮廓清晰、致密、表面光洁,铸件的尺寸精度、外观质量均达到产品要求