蘇少靜，李玉葉

（共享裝備有限公司，寧夏銀川750021）

·鑄造工藝·

大型內燃發(fā)動機主機架超長油管鑄造方法

蘇少靜1，李玉葉2

（共享裝備有限公司，寧夏銀川750021）

介紹了形成大型內燃發(fā)動機主機架超長油管的鑄造方法，特別介紹了用鑲鑄金屬管的鑄造方法以及生產(chǎn)中的注意事項。采用鑲鑄金屬管形成油管，需要從工藝上采取措施解決鑲鑄金屬管受熱膨脹彎曲變形的問題。

內燃發(fā)動機主機架；油管；鑲鑄金屬管；彎曲變形

主機架作為內燃發(fā)動機的核心構件，結構復雜、內在質量及尺寸精度要求高。發(fā)動機在工作期間，所有部件潤滑油從主機架上的主油管供給，主油管的質量將直接影響發(fā)動機的性能和壽命。

某二代內燃機車用發(fā)動機主機架材質QT400-18，輪廓尺寸3 915 mm×1 322 mm×1 289mm，單重7 402 kg（如圖1）.其主油管直徑為90 mm，長3 699mm，要求進行30 min 10 kg水壓測試無滲漏，油管彎曲變形≤3mm；油管部位不能有縮松、縮孔、夾砂、夾渣、粘砂等缺陷。

通過模擬仿真、試驗驗證，實現(xiàn)了采用鑲鑄金屬管形成超長油管的成熟工藝批量供貨，產(chǎn)品經(jīng)裝機測試，完全符合要求。

1　內燃機主機架主油管的成形方法

內燃機主機架主油管的形成一般有三種方法：機加工成形、砂芯成形、鑲鑄金屬管成形。

圖1　某二代內燃機車用發(fā)動機主機架

機加工成形即采用深孔鉆的方法形成油管，具有油管表面質量及直線度較好，鑄造操作過程簡單等優(yōu)點。但需要專門的機床，成本較高，且鑄造將油管鑄實，熱節(jié)圓大，容易產(chǎn)生縮松缺陷。

砂芯成形即采用自硬樹脂砂芯形成油管，具有成本較低，操作較簡單等優(yōu)點。但由于油管超長，制芯過程中砂芯在自重作用下容易彎曲、開裂，易有砂芯燒結、油管內壁不光滑等質量問題。油管砂芯僅靠兩端支撐定位，澆注過程中容易上浮，造成部分油管壁薄甚至皮透。

鑲鑄金屬管成形即預先在鑄型中安放內徑與油管內徑一致的金屬管形成油管。具有油管內壁光滑，無滲漏、粘砂、縮松，操作簡單等優(yōu)點。但金屬管受熱膨脹，容易產(chǎn)生彎曲，造成鑄件報廢。

通過對油管成形方法進行分析、模擬、試驗，選擇鑲鑄金屬件形成油管的方法。

2　鑲鑄油管的制作

為防止鑲鑄金屬管與鑄件熔合不良，使用之前須清除鋼管表面的氧化層和油污等，表面鍍錫處理。

3　防止鑲鑄金屬管彎曲變形的措施

3.1留設膨脹、伸長間隙

在澆注過程中，金屬管在高溫鐵液中受熱膨脹。如果鑲鑄金屬管兩端固定，油管將發(fā)生彎曲變形。通過前期試驗，在油管兩端預先設置可供油管伸長的空腔，即膨脹間隙，可以有效防止油管彎曲。另一方面，由于鑲鑄金屬管較長，為了防止受熱時變形的隨意性，在鑲鑄金屬管中間部位設置導向環(huán)，如圖2所示，用于引導鑲鑄金屬管受熱時沿規(guī)定的方向伸長，其中導向環(huán)固定在砂芯上，且避開打孔的部位，且導向環(huán)與鑲鑄金屬管之間留設1.5 mm的間隙，用于容納鑲鑄金屬管的受熱膨脹。為了保證鑄件最終的材質，現(xiàn)選擇與主機架同材質的芯撐對鑲鑄金屬管進行固定，即將多個芯撐對稱并列的設置在鑲鑄金屬管兩側，且芯撐與鑲鑄金屬管之間留設3mm~5mm的間隙，用于容納鑲鑄金屬管的受熱膨脹。如圖2所示。

圖2　鑲鑄金屬管導向環(huán)、芯撐示意圖

3.2芯撐的使用

為了防止鑲鑄金屬管受鐵水浮力作用產(chǎn)生變形，需要確保芯撐在型腔內鐵液溫度降低至固相線之前依然有足夠的強度可以抵消來自鐵水的浮力，同時還要保證芯撐與鑄件本體之間融合良好，以防止裝機運行時發(fā)生滲漏。

3.3排氣散熱

鑲鑄金屬管填充物受熱產(chǎn)生氣體，必須采用可靠的方法導出，排放到大氣中，來迅速降低鑲鑄金屬管部位熱量，減少膨脹變形。填充物必須具備化學成分穩(wěn)定，不含金屬礦物質，高溫下不會發(fā)生復雜化學反應；同時具有高溫發(fā)氣量大的特點。通過試驗采用純凈度在95%以上的干燥二氧化硅砂，并按砂重添加1.8%樹脂的混合物作為填充物。鑲鑄金屬管兩端采用自硬樹脂砂封堵，并設置可靠的排氣通道與型外大氣相通，以便樹脂受熱產(chǎn)生的氣體迅速排入大氣，快速散熱。

針對以上防止鑲鑄金屬油管彎曲變形的措施，進行了澆注過程模擬，以驗證生產(chǎn)實際情況，具體模擬結果如圖3所示，其中淺灰色為液態(tài)金屬區(qū)域，深灰色為金屬液已凝固區(qū)域。由圖3可知整個鑄件的凝固符合設計需求，鑲鑄管及芯撐設計合理。

圖3　芯撐模擬驗證

綜上所述，采用鑲鑄金屬管的方式成功地生產(chǎn)出了帶有超長主油管的內燃機車用發(fā)動機主機架，如圖4所示。

圖4　內燃機車用發(fā)動機主機架

4　結束語

截止目前，我公司已成功交付主機架毛坯超過2 000 t，未發(fā)生鑲鑄金屬管彎曲變形、粘砂、滲漏、熔合不良等缺陷，質量良好。

油管的成形方法需要根據(jù)具體產(chǎn)品、結構特點選擇適宜的方法，任何成形方法都要進行分析、模擬、試驗，并針對劣勢采取可靠的工藝措施。采用鑲鑄金屬管形成大型內燃機發(fā)動機鑄件超長油管，需要可靠的措施解決好鑲鑄金屬管受熱彎曲變形問題，比如設置膨脹間隙等。另外，金屬管本身的質量也很重要，需要制定檢測標準。

［1］中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊（第5卷）鑄造工藝［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003：372.

［2］鄒日容.大型船用柴油機缸套的細長孔鑄造［J］.中國鑄造裝備與技術，2003（5）:22-23.

［3］魏東.主軸箱粗長主軸孔和細長軸孔的鑄造［J］.中國鑄造裝備與技術，2002（3）:49.

Casting M ethod for Long Oil Pipe in Large Internal Combustion Engine M ain Frame SU Shao-jing，LIYu-ye

（KocelManufacture CO.LTD.，Yinchuan Ningxia 750021，China）

This paper introduces the castingmethod for the long oil pipe in the large internal combustion enginemain frame.For the long cast-in pipe，wemust solve the thermal expansion and bending deformation problems.

internal-combustion engine，oil pipe，cast-in pipe，bending deformation

TG24

A

1674-6694（2015）04-0011-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.04.005

2015-02-23

蘇少靜（1980-），男，學士，工程師，主要從事鑄造新產(chǎn)品開發(fā)及技術質量管理工作，E-mail：shaojing.su@kocel.com