典型灰鐵機(jī)體鑄造工藝簡(jiǎn)析

馬素娟，姬愛青，邢 偉，董志鵬，韓志濂，劉繼波，張敏之

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261108）

機(jī)體鑄造工藝設(shè)計(jì)主要包括鑄件結(jié)構(gòu)工藝性分析、鑄造工藝方案編制、鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、砂芯設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、鑄造工藝圖繪制等。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，介紹幾種典型鑄件的生產(chǎn)工藝。

1 WP12氣缸體鑄造工藝介紹

1.1 基本情況

氣缸體結(jié)構(gòu)如圖1所示，直列六缸、干式水套、主要壁厚6 mm.

鑄件基本尺寸：960 mm×393 mm×427 mm；

缸體材質(zhì)：HT280；

毛坯重量：290 kg.

圖1 WP12機(jī)體產(chǎn)品示意圖

1.2 主要鑄造工藝

W P12氣缸體是重型高速機(jī)氣缸體中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的機(jī)體，其鑄造生產(chǎn)工藝為K W線造型，立組臥澆。

1.2.1 鑄造工藝參數(shù)

W P12降重氣缸體工藝借簽W P12普通型氣缸體生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)收縮率、加工余量、工藝補(bǔ)正、涂料層、分型負(fù)數(shù)、拋丸量等工藝參數(shù)都做了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

加工余量：除規(guī)定凸輪軸孔5.5mm、缸孔4.5mm、上下前后面4 mm、未注加工余量3.5 mm外，對(duì)一些個(gè)別孔單獨(dú)做了規(guī)定，如挺桿下孔4 mm、上孔第1和12孔為3 mm、其余10個(gè)孔1.5 mm，進(jìn)水道芯靠近后端的兩個(gè)φ40工藝孔側(cè)面加工量2 mm、孔半徑方向加工量3.5 mm.

鑄造收縮率：除規(guī)定外模長(zhǎng)度方向1.1%、寬度和高度方向1.0%外，對(duì)個(gè)別砂芯局部位置單獨(dú)做了規(guī)定。如：水套芯在一、六缸左側(cè)與進(jìn)水孔配合處長(zhǎng)度方向按1.0%；挺桿芯在一、六缸靠近兩端結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)度方向上按照1.2%設(shè)計(jì)等等。確保了各部分收縮效果達(dá)到較理想狀態(tài)。

1.2.2 制芯

砂芯組成如圖2所示：大缸芯與前后端芯組成的主體芯組，水套芯、挺桿芯和回油孔芯組成的挺桿芯組，進(jìn)水道芯、回水道芯、水腔通道芯、枕頭芯等其他砂芯。

制芯工藝：水套芯采用鉻礦砂熱芯盒制芯；其余砂芯采用冷芯盒制芯，其中主體芯在羅拉門第制芯中心生產(chǎn)、整體組芯、浸涂、進(jìn)窯烘干，挺桿芯組在挺桿芯組芯胎具上組芯后使用機(jī)器人自動(dòng)浸涂。

圖2 WP12機(jī)體三維組芯圖

1.2.3 澆注系統(tǒng)

采用的澆注系統(tǒng)如圖3所示。內(nèi)澆道采用階梯式（中注加底注式）注入，總體采用半封閉式澆注系統(tǒng)，最小橫截面積在分直澆道。澆注系統(tǒng)各部分比例：F直：F分直：F內(nèi)=2 827：2 512：3 840=1.12：1：1.53.

1.2.4 排氣系統(tǒng)

氣缸體排氣系統(tǒng)如圖4所示，其中3所示芯頭處出氣針為水套芯出氣針，1所示部分為缸筒芯出氣通道，2所示部分和各凸臺(tái)處出氣針為型腔溢流排氣冒口，既排出型腔內(nèi)的氣體，又可排出型腔內(nèi)的冷鐵液。

2 16M33機(jī)體工藝介紹

2.1 機(jī)體基本情況

16M33機(jī)體基本尺寸980mm×536mm×426mm，鑄件重量1500kg，主要壁厚9mm，V型結(jié)構(gòu)，機(jī)體材質(zhì)為HT250.

2.2 機(jī)體鑄造工藝

所有砂芯使用三乙胺冷芯盒制芯工藝，采用堿性酚醛樹脂自硬砂造型，砂芯浸涂烘干后，預(yù)先使用射釘槍將挺桿芯組在大缸芯上，然后利用組芯胎具進(jìn)行整體組芯，整體下芯。16M33機(jī)體組芯結(jié)構(gòu)如圖5所示。

鑄造收縮率：內(nèi)腔長(zhǎng)寬高度方向按1.0%、外模長(zhǎng)度方向按1.1%計(jì)算。

加工余量：前后端5.5 mm，上下5.5 mm，瓦口5.0 mm正拔，瓦口側(cè)5.5 mm（兩端瓦口外側(cè)4 mm），缸孔5.5 mm，凸輪軸孔5.0 mm正拔，挺桿孔5.0 mm.

圖3 WP12機(jī)體澆注系統(tǒng)示意圖

圖4 WP12機(jī)體排氣系統(tǒng)示意圖

圖5 16M33機(jī)體組芯示意圖

澆注系統(tǒng)采用半封閉式底注澆注系統(tǒng)如圖6所示，鐵水分兩部分從兩缸筒之間位置進(jìn)入。各部分比例：F直：F橫：F內(nèi)=4 418：3 900：7 096=1.13：1：1.8.

圖6 16M33機(jī)體澆注系統(tǒng)示意圖

排氣系統(tǒng)如圖7所示，采用頂面排氣，排氣系統(tǒng)共分三部分，頂面中間一排為砂芯、砂型排氣冒口，其他兩排為上平面和軸承擋溢流、排氣冒口，排出型內(nèi)氣體及鐵水。側(cè)面兩排與水道芯芯頭相連，排出砂芯中氣體。

圖7 16M33機(jī)體排氣系統(tǒng)示意圖

3 CW200機(jī)體鑄造工藝介紹：

3.1 CW200機(jī)體基本情況

C W200機(jī)體缸體結(jié)構(gòu)如圖8所示：直列六/八缸、龍門式結(jié)構(gòu)、主要壁厚11 mm.基本尺寸1 780 mm/2 340 mm×706 mm×1 088 mm.機(jī)體材質(zhì)：HT250，毛坯重量：2 000 kg/2 600 kg.

圖8 CW200機(jī)體鑄件示意圖

3.2 CW200機(jī)體鑄造工藝

C W200機(jī)體鑄造工藝為劈箱造型、立澆底注、砂芯冷芯盒制芯。該工藝優(yōu)點(diǎn)為鐵液流向與缸體的上下結(jié)構(gòu)保持一致，有利于鐵液的充型及排氣；劈箱造型機(jī)體左右及兩端面由砂型形成，減少了砂芯數(shù)量。缺點(diǎn)為劈箱造型對(duì)砂箱質(zhì)量要求高，模板結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

圖9 CW200機(jī)體澆注系統(tǒng)示意圖

鑄造收縮率：長(zhǎng)度方向1%、高度和寬度方向0.5%.

加工余量：兩端面和缸筒內(nèi)腔10 mm、兩側(cè)面和機(jī)體上平面8 mm、機(jī)體下平面15 mm.

澆注系統(tǒng)如圖9所示，為開放式澆注系統(tǒng)：直澆道由飛輪端進(jìn)入，金屬液從機(jī)體兩側(cè)面底部進(jìn)入型腔。

6缸機(jī)體澆注系統(tǒng)各部分比例：F直∶F分直∶F內(nèi)=4 400∶6 700∶9 600=4∶6∶9.

8缸機(jī)體澆注系統(tǒng)各部分比例：F直∶F分直∶F內(nèi)=4400∶6700∶12000=4∶6∶12.

排氣系統(tǒng)如圖10所示，采用上排氣，排氣系統(tǒng)共分三部分，下圖中淺色出氣針為大缸芯出氣針，深色兩側(cè)與中間出氣針分別為型腔上平面和軸承檔溢流排氣冒口，既排出型腔內(nèi)的氣體，又可排出型腔內(nèi)的冷鐵液。

圖10 CW200機(jī)體排氣系統(tǒng)示意圖

4 工藝驗(yàn)證情況

按照此工藝進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證，對(duì)所生產(chǎn)鑄件進(jìn)行三維掃描，分析，鑄件尺寸合格。對(duì)關(guān)鍵位置進(jìn)行解剖觀察，如圖11所示，均無縮松缺陷，內(nèi)部質(zhì)量良好。圖12為所生產(chǎn)鑄件。

圖12 鑄件圖片

5 結(jié)束語

本文從砂芯設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)等幾方面介紹了幾種灰鐵機(jī)體典型工藝。以上工藝為多年來，通過生產(chǎn)實(shí)踐探索出來的成熟工藝，為類似鑄件的生產(chǎn)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1）對(duì)于一些中小件、兩側(cè)面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜機(jī)體，可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用臥澆工藝，利于兩側(cè)面充型，在上砂型位置合理設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)及溢流結(jié)構(gòu)，便于砂型內(nèi)氣體排出。

2）對(duì)于大件機(jī)體，可采用立澆工藝，該工藝優(yōu)點(diǎn)為鐵液流向與缸體的上下結(jié)構(gòu)保持一致，有利于鐵液的充型及排氣；可采用劈箱造型，使得機(jī)體左右及兩端面由砂型形成，減少了砂芯數(shù)量。