一種柴油機(jī)氣缸套離心鑄造工藝改進(jìn)

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇 常州 213011）

氣缸套是我公司生產(chǎn)的某型柴油機(jī)用主要配件之一，該型柴油機(jī)所用氣缸套結(jié)構(gòu)（見圖1）不同于傳統(tǒng)的氣缸套，主要區(qū)別為該氣缸套大端設(shè)計(jì)有“翅膀”形法蘭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)加大了離心鑄造工藝生產(chǎn)難度且生產(chǎn)成本高，主要是成形結(jié)構(gòu)會(huì)使得金屬型本體加工制作復(fù)雜，成本高且存在后期生產(chǎn)局部涂料淤積造成鑄件夾雜報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)造成一定的原材料及能耗資源浪費(fèi)，為此需改進(jìn)和優(yōu)化該型氣缸套鑄造工藝。

圖1 粗加工狀態(tài)氣缸套三維結(jié)構(gòu)圖

1 原鑄造工藝方法及存在的問題

該型氣缸套采用離心鑄造工藝生產(chǎn)[1]，其毛坯原工藝大端結(jié)構(gòu)由金屬型本體與端板組合（如圖2），通過澆入合格的高溫鐵液最終形成大法蘭結(jié)構(gòu)氣缸套毛坯（如圖3），氣缸套成品“翅膀”形法蘭結(jié)構(gòu)由機(jī)加工成形，此設(shè)計(jì)主要是考慮為該型氣缸套大端留有充分的加工余量便于后續(xù)加工“翅膀”形法蘭結(jié)構(gòu)。根據(jù)鑄鐵件一般的線收縮率，該鑄件線收縮率取1.0%，鑄件材質(zhì)為鎳鉻鉬鑄鐵。根據(jù)我公司多年生產(chǎn)離心氣缸套的經(jīng)驗(yàn)，金屬型經(jīng)預(yù)熱干燥后進(jìn)行涂料的掛涂，金屬型預(yù)熱溫度110 ℃±10 ℃，爐內(nèi)保溫時(shí)間4 h 左右，涂料采用水基鋯英粉涂料，涂料濃度控制在1.65 g/cm3～1.75 g/cm3，涂料掛涂后進(jìn)行金屬型干燥，金屬型干燥溫度390 ℃±10 ℃，爐內(nèi)保溫時(shí)間4 h 以上。鐵液采用1.5 t 中頻感應(yīng)電爐熔煉，鐵液出爐溫度按1 500 ℃～1 550 ℃控制，澆注溫度1 390 ℃±10 ℃，鐵液先后經(jīng)爐內(nèi)和隨流兩次孕育處理，澆注速度按照20 s～28 s 控制，離心機(jī)采用臥式離心機(jī)，其澆注轉(zhuǎn)速按照950 r/min～1 050 r/min 控制，澆注后金屬型內(nèi)鑄件冷卻至50 ℃左右進(jìn)行脫型清理工作。

圖2 氣缸套原工藝金屬型組裝三維結(jié)構(gòu)圖

圖3 氣缸套原工藝毛坯三維結(jié)構(gòu)圖

原離心鑄造工藝生產(chǎn)的氣缸套毛坯其大端為大法蘭結(jié)構(gòu)，鐵液經(jīng)處理后工藝定量澆注重量約為225 kg/件，大端“翅膀”法蘭結(jié)構(gòu)由機(jī)加工成形，粗加工后氣缸套重量約為118 kg/件，最多澆鑄數(shù)量7件/爐。多數(shù)金屬被機(jī)加工為鐵屑，造成一定的原材料及能耗資源浪費(fèi)，生產(chǎn)效率不高，給公司生產(chǎn)組織帶來一定的影響。

2 工藝改進(jìn)試驗(yàn)及效果驗(yàn)證

2.1 工藝改進(jìn)方案

為了降低金屬型本體加工制作復(fù)雜成本高且存在后期生產(chǎn)局部涂料淤積導(dǎo)致鑄件夾雜報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析及工裝結(jié)構(gòu)研究，通過優(yōu)化改進(jìn)離心鑄造金屬型本體、端板等工裝結(jié)構(gòu)使該缸套毛坯大端帶有“翅膀”形法蘭結(jié)構(gòu)澆鑄成形（如圖4）；為了降低鑄件端面產(chǎn)生白口傾向且減輕高溫鐵液對(duì)端板的沖擊，改進(jìn)大端隔熱墊尺寸、形狀及其與端板的貼合組裝形式；同時(shí)調(diào)整涂料掛涂作業(yè)方式，水基涂料由流涂方式改進(jìn)為刷涂以防止局部涂料淤積的問題。由于大端“翅膀”形法蘭結(jié)構(gòu)優(yōu)化后可以一次澆鑄成型，為此調(diào)整氣缸套毛坯澆注單重等工藝參數(shù)，最終使該氣缸套大端帶有“翅膀”法蘭結(jié)構(gòu)毛坯一次澆鑄成形，從而減少氣缸套原材料及能源消耗，降低綜合生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

圖4 氣缸套改進(jìn)工藝毛坯三維結(jié)構(gòu)圖

2.2 端板結(jié)構(gòu)改進(jìn)

改進(jìn)氣缸套金屬型大端端板結(jié)構(gòu)[2]，按照產(chǎn)品圖樣及工藝尺寸將大端端板型腔加工成形（如圖5），將“翅膀”成形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在大端端板內(nèi)側(cè)面，在保證端板有足夠強(qiáng)度的情況下適當(dāng)減少壁厚以減輕端板重量。現(xiàn)工藝成型端板約60 kg/件，端板重量較優(yōu)化前減輕了約25%，從而減輕了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，改進(jìn)后可以通過端板型腔將氣缸套大端“翅膀”直接澆鑄成形。

圖5 改進(jìn)后大端端板結(jié)構(gòu)三維圖

2.3 金屬型本體結(jié)構(gòu)改進(jìn)

由于原工藝金屬型本體大端有一定厚度的臺(tái)階，主要是為了與原工藝大端端板配合以形成原工藝大法蘭結(jié)構(gòu)氣缸套外圓，為此改進(jìn)金屬型本體大端結(jié)構(gòu)，將原金屬型大端內(nèi)腔成形大法蘭的一定厚度的臺(tái)階沿軸向向內(nèi)側(cè)偏移（機(jī)加工完成），向內(nèi)側(cè)偏移尺寸與氣缸套毛坯法蘭厚度吻合，使其與改進(jìn)后的大端成形端板配合，從而使后續(xù)澆入金屬型的鐵液冷卻面由金屬型本體轉(zhuǎn)換為改進(jìn)的端板，最終通過澆入合格的高溫鐵液形成帶翅膀氣缸套毛坯，如圖6 所示.

圖6 改進(jìn)后金屬型本體結(jié)構(gòu)三維圖

圖7 改進(jìn)工藝氣缸套毛坯實(shí)物

2.4 工藝試驗(yàn)及效果驗(yàn)證

金屬型本體及端板結(jié)構(gòu)改進(jìn)完成后試驗(yàn)生產(chǎn)氣缸套毛坯。金屬型預(yù)熱干燥、涂料掛涂、鐵液熔煉等工藝參數(shù)仍按照原離心鑄造工藝實(shí)施，涂料掛涂過程中大端成形端板涂料需手工刷涂完成，涂料層厚度1 mm～2 mm，氣缸套澆注過程中鐵液定量按照205 kg/件實(shí)施，澆注速度按照20 s～25 s 控制，澆鑄完成鑄件脫型后對(duì)實(shí)物進(jìn)行稱重，實(shí)物重量為206 kg/件，經(jīng)尺寸劃線檢查氣缸套毛坯尺寸滿足工藝設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)達(dá)到預(yù)期效果。工藝改進(jìn)后一次成形帶“翅膀”法蘭結(jié)構(gòu)氣缸套如圖7 所示。澆注單重減少了19 kg，減輕重量8.4%，澆注數(shù)量由每爐7 件增加為8 件，生產(chǎn)效率可提高14.2%，有效地減少了原材料消耗，減少了澆注單重，降低了生產(chǎn)成本。

3 結(jié)束語

通過對(duì)氣缸套金屬型本體及其端板結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，實(shí)現(xiàn)了“翅膀”形法蘭氣缸套一次澆鑄成型，由于“翅膀”形法蘭直接澆鑄形成，減少了部分機(jī)加工工序，從而減少了氣缸套原材料及工藝消耗，降低了氣缸套生產(chǎn)成本，提高了氣缸套生產(chǎn)效率。