某型柴油机缸套铸件的工艺设计

某型柴油机缸套铸件的工艺设计

我国环保行业生产的万吨轮油柴油发动机械锁销件，由f200（日本制造，相当于ht200）制成，规格为8176mm237mm1首都，重量为43.178吨。它分为两部分：一部分是三桶，直径为26t。一部分是四桶，直径为36吨。使用前两节间用机械法联接。铸件结构见图1。1试验材料及设备使用1台20t无芯工频感应电炉熔炼铁液,2台PY45型数字温度计及WRS-602型快测热电偶测温,一只10t、二只20t铁液包出铁和浇柱。单铸⌀30mm×500mm试棒,一箱底浇3只;附铸试棒为⌀30mm×300mm,每件3只。型砂及芯砂全部采用呋喃树脂砂,型内采用锆英粉醇基快干涂料。炉料使用本溪Z14生铁、普通碳素废钢、回炉铁、75硅铁、60锰铁和类石墨等。材质JISG5501/FC200的化学成分见表1。铸态单铸试棒性能要求抗拉强度σb>200MPa,挠度f>4.5mm,硬度<223HB。铸件表面粗糙度小于Ra100。2合箱、长通孔易出现尺寸精度的干扰该件属于重型精密铸件,主要工艺难点分析如下。(1)铸件各中心孔间和主要壁厚尺寸都有严格公差要求,模样如按惯例设20mm拔摸斜度,会严重干扰铸件尺寸精度。(2)合箱时任何部位都不允许使用金属芯撑,给型芯间的准确定位带来困难。(3)铸件上需铸出长通孔(⌀130mm×3000mm、⌀174mm×3070mm)21个,且孔内不允许有任何铸造缺陷。(4)铸件精度要求较高,表面粗糙度须保证小于Ra100μm。(5)按技术条件,在较高CE(≈4.0%)条件下,须保证一定的抗弯强度。3铸造工艺设计3.1雕塑工艺(1)砂箱设计要控制好铸型的破坏采用立式组芯造型工艺及六层舂砂的分箱方法。造型过程中,各层砂箱使用模板造型,靠简易定位销定位,铸型造好后,不需要翻箱,可直接起模,避免了翻箱动作中可能造成铸型的损坏。(2)芯生产为保证合箱时的尺寸精度,型芯全部用树脂砂,对圆角和损角处重点撞实,增加芯砂紧实度。造长圆芯时,使用特制芯骨,增大型芯强度,减少变形。(3)抽芯式木模设计为保证铸件尺寸精度,便于起模,模样分两层制作,上层设计成组芯式木模,下层设计成无拔模斜度的抽芯式木模,结构示意图见图2(箭头方向即起模方向)。(4)铸件两端同时注入铁液根据铸件特点,设计成缓冲式阶梯导入、串联环形浇注系统,由铸件两端同时注入铁液。浇注系统用耐火砖管铺设。为增大浇注系统除渣能力,增加横浇道断面积,浇道面积比为:直∶横∶内=1∶(1.9～2.0)∶(0.9～1.0)。浇注系统如图3。(5)砂箱造型所用6层砂箱为灰铁整铸,箱带随模样形状设计,箱口经机械加工,保证分箱披缝小于2mm。(6)下芯头盖芯和强力胶的安装为保证型芯在铁液充型时不串动,上下芯头分别用夹板式盖芯和强力胶固定粘合。固定长孔型芯,使用了高温下自行汽化的特殊材料芯撑和易熔金属丝。3.2熔备工艺(1)元素含量及光谱分析铁液熔炼过程中,每炉分别制取化学分析和光谱分析试样,测定铁液中C、Si、Mn、P、S等元素的含量。光谱分析采用DV4型光谱分析仪。两种测试结果比较校正,增加炉前铁液成分控制的及时性和可靠性,使炉前炉后各主要元素含量测试偏差控制在±0.05%内。(2)c和以合金化措施一般的机床灰铸铁件,为保证铸件强度,都采用在较高CE下,提高Si/C和辅以合金化的措施。缸套铸件为减少形成铸造缺陷的倾向,CE也设计为高值,但Si/C并不高,且熔炼中不允许加入任何合金元素,通过加大炉料中废钢量(废钢量由一般的10%增加到30%)的方法保证其各项性能。(3)增碳和增碳剂的制备新生铁45%,废钢30%,回炉铁25%。电炉中加入类石墨进行增碳,增碳约为40%～50%,将所需的增碳剂一次性加入炉底。大块类石墨随炉料加入,类石墨粉空炉时均匀撒在炉底。(4)在高温下精制铁液于炉内升温至1500℃以上,进行短时间精炼(10min左右),以达到净化铁液的目的。3.3灌溉(1)注射方案采用立式浇注,铸型两端各设一⌀120mm的直浇道,使用两浇口箱同时浇注,内浇道绕铸件底部一周。(2)反向包装用一台20t工频感应电炉熔炼,按图4流程进行倒包处理。(3)输入温度和时间浇注温度控制在1350±10℃(可测量浇口箱内铁液温度)。整个浇注过程在80s内完成。(4)泥砂打制、耐火砖的制作使用容量5.0～5.5t的大型浇口箱,用双快水泥砂打制。内表面与铁液接触部位镶嵌65mm厚耐火砖,杜绝由浇口箱内卷入泥砂和夹渣物。箱内设挡渣板,浇口另一侧套出80mm凹坑,以利于浇注后期集渣。(5)浇口塞的使用浇口塞中部为⌀36mm钢芯,外套耐火砖管,砖管间用硬泥粘接,中间缝隙用石墨粉填实。浇口塞使用前需要烘干,保证内部无潮气,浇口塞固定在浇口箱侧壁,拔起动作靠机械法自动完成。其原理为:浇口箱内铁液上升至一定高度,拔出闸板上销钉,重锤落下,拔起浇口塞。浇口塞的使用,一方面保证了铁液的充型压力,另一方面隔绝了夹渣和铁豆的带入。浇口箱及浇口塞装置如图5所示。(6)上升不开铁液现浇社,红初路铁液现浇出水泥网,产品现浇出后浇浇注后,两浇口箱始终保持一定的铁液高度,当型内铁液上升至预定位置,型中埋设的导线被导通,外接的指示灯亮,立即停止浇注,靠两浇口箱内的铁液将铸型浇满。3.4冷却时间及温度铸件冷却至200℃下,打箱落砂。型内冷却用热电偶和自动