CW200大馬力機(jī)體鑄造工藝設(shè)計(jì)

馬素娟，姬愛青（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊261108）

CW200大馬力機(jī)體鑄造工藝設(shè)計(jì)

馬素娟，姬愛青
（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊261108）

對(duì)公司新開發(fā)的CW200大功率柴油機(jī)體鑄造工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，包括鑄造工藝分析、工藝方案確定及各工藝參數(shù)選擇。生產(chǎn)實(shí)踐證明，該工藝是可行的，為今后類似鑄件的鑄造工藝開發(fā)提供參考。

柴油機(jī)機(jī)體；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；工藝設(shè)計(jì)

XCW6200ZC-X16柴油機(jī)是濰柴重機(jī)自主研發(fā)的C W200系列大功率柴油機(jī)，機(jī)體鑄造工藝開發(fā)由鑄造廠承擔(dān)。

1 機(jī)體結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

該機(jī)體為直列六缸，具體機(jī)體結(jié)構(gòu)如圖1所示。鑄件最大輪廓尺寸為1 780mm×1 016mm× 1 120mm，鑄件重量約2 500 kg，最大壁厚77mm，最小壁厚10mm.

鑄件材質(zhì)為HT250，本體抗拉強(qiáng)度≥225M P a，主軸承座硬度控制范圍180H B W～240H B W.

2 鑄造工藝方案確定

2.1 機(jī)體鑄造工藝分析

2.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該機(jī)體為大型灰鑄鐵件，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)主要由三部分形成，分別為缸筒與曲軸箱腔、噴油泵上下腔、中冷器上下腔。其鑄造工藝難點(diǎn)在于噴油泵上下腔、中冷器上下腔與缸筒腔不相通，且中冷器上下腔除與機(jī)體缸孔面有圓孔相通外、與機(jī)體側(cè)面也不相通，噴油泵上下腔、中冷器上下腔砂芯無(wú)法使用芯頭固定，鑄件澆注過(guò)程中容易造成漂芯、偏芯等缺陷。

圖1 機(jī)體結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 臥澆工藝

鑄件以缸孔中心線分為上下兩箱，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝要求，每箱鑄件需6個(gè)曲軸箱與缸筒芯、2個(gè)端芯、1個(gè)噴油泵腔芯、1個(gè)中冷器腔芯共10個(gè)砂芯。

優(yōu)點(diǎn)：所需工裝數(shù)量少，工裝制作費(fèi)用低，鑄件下芯操作簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：1）受鑄件結(jié)構(gòu)限制，曲軸箱與缸筒芯、中冷器腔芯若分段制芯，砂芯無(wú)法定位與固定，只能制作整體砂芯，而整體砂芯尺寸較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)射芯機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)；2）手工制芯生產(chǎn)效率低，操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大；3）鑄件澆注時(shí)型腔內(nèi)的氣體及砂芯產(chǎn)生的氣體只能靠芯頭處的排氣通道排出，易形成氣孔缺陷。

2.1.3 立澆、劈箱造型工藝

機(jī)體缸孔面向下進(jìn)行鑄件澆注，機(jī)體的外側(cè)面積分別由左右側(cè)箱、兩端箱、上下箱六扇砂箱形成。

優(yōu)點(diǎn)：1）噴油泵上下腔、中冷器上下腔芯與機(jī)體缸孔面有圓孔相通，可以實(shí)現(xiàn)砂芯定位；2）可以通過(guò)研箱時(shí)在噴油泵上下腔、中冷器上下腔與缸筒與曲軸箱腔腔壁處放置芯撐實(shí)現(xiàn)砂芯固定；3）可以實(shí)現(xiàn)使用射芯機(jī)分段制芯；4）澆注時(shí)鐵液流向與機(jī)體的上下結(jié)構(gòu)保持一致，有利于鐵液的充型及排氣。

缺點(diǎn)：劈箱造型對(duì)砂箱質(zhì)量要求高，模板結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

綜上分析，如采取臥澆工藝，中冷器上下腔芯無(wú)法定位，采用立澆、劈箱造型工藝成為該機(jī)體工藝設(shè)計(jì)的必然選擇。

2.2 鑄造工藝方案設(shè)計(jì)

2.2.1 造型

采用堿性酚醛樹脂砂造型，每件鑄件由兩端箱、兩側(cè)箱、上下箱六扇砂箱形成。

2.2.2 制芯

為保證鑄件尺寸精度，提高生產(chǎn)效率，鑄件所需砂芯全部采用三乙胺冷芯盒制芯。對(duì)缸筒與曲軸箱芯分為上下兩段（缸筒芯、曲軸箱芯），噴油泵上下腔、中冷器上下腔每?jī)筛追譃橐欢?，分別由三個(gè)砂芯形成，鑄件組芯圖見圖2.砂芯浸涂醇基涂料，進(jìn)表干爐150℃～200℃下烘干30m in.

2.2.3 下芯研箱

人工使用下芯吊具依次下入各砂芯，為防止鑄件澆注過(guò)程中噴油泵上下腔芯、中冷器上下腔芯出現(xiàn)漂芯，噴油泵上下腔芯、中冷器上下腔芯分別和曲軸箱芯之間設(shè)計(jì)插入式芯撐固定砂芯，如圖3所示，防止研箱過(guò)程中芯撐掉入型內(nèi)。

圖3 芯撐示意圖

3 鑄造工藝設(shè)計(jì)

3.1 鑄造工藝參數(shù)的確定

鑄造收縮率：根據(jù)堿性酚醛樹脂砂工藝特點(diǎn)，長(zhǎng)度方向1.1%，高度寬度方向1%.

鑄件加工余量：機(jī)體下平面與主軸承座徑向10mm，其余位置加工余量8mm.

工藝補(bǔ)正：機(jī)體主軸承座處由于砂芯厚大，鑄件收縮阻力較大，但由于缸筒芯砂芯通用，主軸承座部分無(wú)法單獨(dú)設(shè)置收縮率，為保證機(jī)體加工后主軸承座螺栓孔壁厚，主軸承座厚度方向單側(cè)工藝補(bǔ)正+1.5mm.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，所有搭子半徑方向工藝補(bǔ)正+1.5mm.

3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大型立澆機(jī)體一般選擇雙側(cè)底注、開放式的澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆道開設(shè)在機(jī)體缸孔面處，位于鑄件的最底部。底注式澆注系統(tǒng)鐵液充型平穩(wěn)且鐵液流向與缸體的上下結(jié)構(gòu)保持一致，有利于鐵液的充型排氣，同時(shí)氣孔、砂眼等鑄造缺陷集中在鑄件頂面上，可以通過(guò)粗加工去除，提高了毛坯的成品率；開放式澆注系統(tǒng)橫澆道基本處于充滿狀態(tài)，有利于擋渣。

該機(jī)體澆注系統(tǒng)主要由四部分組成：外部澆口箱、直澆道（1個(gè)）、橫澆道（2個(gè)）、內(nèi)澆道（14個(gè)），澆注系統(tǒng)各部分比例：

F直澆道：F分直澆道：F內(nèi)澆道=4 400：6 700：9 600=1.12：1：1.53==4：6：9.

3.3 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鑄件澆注過(guò)程中砂芯及型腔內(nèi)的氣體主要由鑄件頂面排出，出氣冒口直接通到上砂箱頂面與大氣相通，能迅速排出型腔內(nèi)的氣體。該機(jī)體排氣系統(tǒng)共分三部分，分別為曲軸箱芯出氣冒口、型腔上平面溢流排氣冒口、軸承檔溢流排氣冒口，其中型腔上平面和軸承檔溢流排氣冒口，既可排出型腔內(nèi)的氣體，又可排出型腔內(nèi)的鐵液。具體澆冒系統(tǒng)見圖4.

圖4 鑄件澆冒系統(tǒng)示意圖

3.4 砂箱設(shè)計(jì)

劈箱造型對(duì)砂箱特別是砂箱結(jié)合面質(zhì)量要求很高，以確保鑄型裝配的準(zhǔn)確性和可靠性。為防止砂箱變形及在打箱過(guò)程中損傷砂箱結(jié)合面，選用球鐵鑄造砂箱，對(duì)砂箱結(jié)合面采用臺(tái)階式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體見圖5.

圖5 合箱后鑄件工藝簡(jiǎn)圖

3.5 熔煉及澆注工藝

熔煉工藝采用中頻A BP 6100k W電爐熔煉，采用C u-C r-M o的合金強(qiáng)化工藝，爐料質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比：30%～10%Z10生鐵，40%～50%廢鋼和30%～40%回

表1 原鐵水化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 孕育后最終成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

4 工藝驗(yàn)證

該工藝順利通過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，產(chǎn)出合格鑄件，鑄件尺寸精度及內(nèi)外在質(zhì)量均滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，如圖6為機(jī)體毛坯圖。

圖6 機(jī)體毛坯圖

5 結(jié)論

1）對(duì)于大型柴油機(jī)機(jī)體，選擇立澆、底注工藝，有利于鐵液的充型和排氣，提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量；劈箱造型工藝又可減少砂芯數(shù)量。

2）砂芯分段制芯，可以實(shí)現(xiàn)射芯機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

［1］于而元.鑄鐵件生產(chǎn)指南［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

Design of Casting Technology for CW 200 High Power Block

MA Su-juan，JIAi-qing
（WeichaiHeavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261108，China）

The casting technology of CW200 high-power diesel engine block developed recently in Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.was discussed，such as casting process analysis，process determination and parameter selection.The production practice proved the technology is feasible，which can provide guide for the future developmentof similar castings in casting technology.

diesel engine block，structure characteristic，casting technology

TG24

A

1674-6694（2017）03-0013-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.005

2016-12-06

馬素娟（1970-），女，工程師，主要從事鑄鐵件鑄造工藝開發(fā)研究。