嚴(yán)磊鄧嫄媛傅駿

1、成都云內(nèi)動(dòng)力有限公司2、成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)3、四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系

簡析柴油機(jī)機(jī)體鑄造工藝的優(yōu)化策略

嚴(yán)磊1鄧嫄媛2傅駿3

1、成都云內(nèi)動(dòng)力有限公司2、成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)3、四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系

針對(duì)某四缸大型柴油機(jī)機(jī)體生產(chǎn)效率低，鑄件易產(chǎn)生縮孔縮凹缺陷問題，分析其鑄造工藝的難點(diǎn)以及重點(diǎn)，并且提出鑄造工藝優(yōu)化策略，通過工藝改進(jìn)不僅提高了鑄造生產(chǎn)效率，而且還減少了柴油機(jī)機(jī)體鑄造缺陷，提高了鑄件成品率。

柴油機(jī)；鑄造工藝；改進(jìn)

某四缸大型柴油機(jī)是船舶的主要?jiǎng)恿Γ鴻C(jī)體品質(zhì)是保證柴油機(jī)正常工作的前提，然而由于柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚差異大，在鑄造的過程中容易出現(xiàn)各種缺陷，因此采取合理的鑄造工藝對(duì)提高鑄件成品率具有關(guān)鍵性的作用。

1 柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)及鑄造方案

1.1 柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)

為了更好地對(duì)柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)鑄造工藝進(jìn)行分析，本文選取某船舶柴油機(jī)作為研究對(duì)象，該柴油機(jī)機(jī)體的毛坯外形尺寸為3897×1392×1650（mm）；柴油機(jī)機(jī)體缸孔的高度設(shè)定為502mm，445mm的缸孔中心距，缸孔內(nèi)部設(shè)置筋條；缸孔的外側(cè)為凸輪軸腔，凸輪軸腔與缸孔的厚壁最小為20mm；柴油機(jī)的機(jī)身毛坯重量為12t，鑄件液中衛(wèi)18噸。采取QT400-15的鑄件材質(zhì)，要求機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度≥390MPa，屈服強(qiáng)度≥250MPa，延伸率≥14%，布氏硬度＝135～185HBS。

1.2 柴油機(jī)機(jī)體鑄造方案

從機(jī)身的技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，鑄造生產(chǎn)的難點(diǎn)在于整個(gè)鑄件輪廓尺寸較大，壁厚差異性大，技術(shù)要求高，尤其是缸孔部位對(duì)密封性要求比較高，因此基于安全考慮柴油機(jī)機(jī)體不能出現(xiàn)鑄造缺陷。但是從某型號(hào)柴油機(jī)機(jī)體鑄造工藝的效果看，由于柴油機(jī)機(jī)體壁厚差異大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在鑄造過程中易出現(xiàn)缺陷。

2 缸孔夾雜問題

通過研究該柴油機(jī)在前期的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)了鑄造質(zhì)量問題，通過仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)上下缸孔存在不同程度的夾雜缺陷，如圖1所示。通過對(duì)圖1的觀察，缸孔夾雜問題較為突出，而且經(jīng)過后期的鑄造處理之后，缸孔夾雜問題仍然存在。（由于柴油機(jī)具有較高的封閉性要求，因此不能對(duì)其進(jìn)行深度打磨處理），根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，導(dǎo)致柴油機(jī)缸孔夾雜問題的原因主要在于：在鑄造的過程中沒有控制好鐵水的澆道流速從而產(chǎn)生紊流、二次氧化現(xiàn)象，例如在鐵水澆筑的過程中，鐵水的澆筑速度過快就會(huì)使得型腔內(nèi)的雜物不能有效地上浮，從而在坭芯下部形成夾雜缺陷。如果缸孔夾雜問題嚴(yán)重則會(huì)造成柴油機(jī)機(jī)體報(bào)廢。

圖1 柴油機(jī)機(jī)體缺陷位置

通過對(duì)該型號(hào)柴油機(jī)鑄造工藝分析，該柴油機(jī)采取的階梯式澆注系統(tǒng)，底層內(nèi)澆口為主要澆注系統(tǒng)，上層內(nèi)澆口為輔助澆注系統(tǒng)。

3 某柴油機(jī)機(jī)體鑄造工藝改進(jìn)措施

針對(duì)某型號(hào)柴油機(jī)機(jī)體鑄造過程中存在的缺陷，根據(jù)鑄造手冊(cè)，應(yīng)該積極針對(duì)鑄造缺陷優(yōu)化鑄造工藝，以此提高鑄件成品率，具體的鑄造工藝改進(jìn)策略如下：圖2為優(yōu)化改進(jìn)后的鑄造工藝簡圖。為了避免因?yàn)殍F液溫差問題造成的缺陷，保證充型平穩(wěn)，本工藝采取底注式澆筑系統(tǒng)，考慮到柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及機(jī)高問題，將內(nèi)澆口設(shè)置在缸孔面底部，并且在每個(gè)缸孔口設(shè)置兩個(gè)澆口。澆口的大小為：15×15（mm），這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)底座的大容量澆筑。通過計(jì)算：F直∶F橫∶F內(nèi)＝2∶5∶6，柴油機(jī)機(jī)體鑄造時(shí)間為17min，同時(shí)采用鑄造模擬軟件對(duì)改進(jìn)后工藝進(jìn)行了充型模擬,從模擬結(jié)果可以看出，鐵水澆注充型平穩(wěn)，鐵液在型腔中的流速在0.2～0.5m/s，同時(shí)，對(duì)凝固后的厚大部位進(jìn)行切片分析，未發(fā)現(xiàn)縮松缺陷。

圖2 改進(jìn)后的鑄造工藝簡圖

通過對(duì)澆注系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)，在后續(xù)的投產(chǎn)中，該型柴油機(jī)的缸孔夾雜缺陷已經(jīng)得到徹底解決：利用超聲波探傷檢測技術(shù)對(duì)柴油機(jī)毛坯狀態(tài)進(jìn)行檢測，經(jīng)過檢測，結(jié)果符合技術(shù)要求；其次在后續(xù)的機(jī)械加工中進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，通過跟蹤監(jiān)測，粗加工與精加工都沒有發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，因此通過改進(jìn)該工藝，柴油機(jī)機(jī)體缸孔夾雜問題得到徹底解決。

總之，由于某四缸柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造工藝不合理會(huì)導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)各種缺陷，因此采取臥式底澆注模式，通過合理設(shè)計(jì)澆注工藝參數(shù)等不斷提高柴油機(jī)機(jī)體鑄造尺寸精度，而且還提高了生產(chǎn)效率，最為重要的是提高了鑄件的實(shí)用性與可靠性，為柴油機(jī)機(jī)體鑄造工藝設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

[1]張聚濤,趙悅光,谷剛,田逢甲.柴油機(jī)機(jī)體鑄造工藝設(shè)計(jì)研究[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2016(06).

[2]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專業(yè)學(xué)會(huì).鑄造手冊(cè)(第5卷)：鑄造工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1994.