大型柴油机气缸体的铸造
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大型柴油机气缸体的铸造
作者：潘志星
来源：《城市建设理论研究》2012年第31期
摘要：从生产条件、原材料、技术条件、熔炼工艺、铸造工艺设计几方面详细介绍了大型柴油机气缸体的生产工艺，按此工艺铸造的气缸体各项指标满足技术要求。
关键词：气缸体材料技术工艺铸造
中图分类号：TK42 文献标识码： A 文章编号：
1铸造工艺方案确定
铸造工艺方案确定主要包含三方面内容：砂箱中铸件数量及排列、浇注位置、分型面选定。
1.1砂箱中铸件数量及排列
砂箱中铸件数量一般是根据工艺要求和生产条件来决定，根据单件铸件尺寸和砂箱内框尺寸（长宽高）大小来定，同时要考虑合理的吃砂量、砂铁比。
目前铸造厂各机型吃砂量：
A、气缸体类砂箱侧面最小吃砂量在80mm上下浮动，高度方向最小吃砂量120mm。
B、缸盖类砂箱侧面最小吃砂量约70左右，顶底面吃砂量（侧浇）110mm左右。
1.2浇注位置确定
浇注位置是根据铸件结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特性、铸造方法以及生产车间条件决定的。
1.3分型面选定
缸盖类大部分是用砂芯包围而成，其分型面基本选在内腔水道闷头孔中心线位置；缸体类分型面选在缸孔中心线平面上。
2工艺参数设定
工艺参数设定包含：加工余量、铸件收缩率、拔模斜度、最小铸出孔、反变形量、工艺补正量、分型（盒）负数等。
2.1加工余量
为了获得光滑的表面，铸件表面需要进行机加工。
铸件的加工余量一般是在工艺图或技术要求中用文字描述；采用非标准加工余量时，应在工艺图上所需部位直接标出。
2.2铸件收缩率
铸件收缩率是指铸件从收缩开始温度（液相中析出枝晶搭成的骨架开始有固态性质时的温度）冷却到室温时相对体积收缩量，通常以模样与铸件长度差值比表示。
气缸体、缸盖铸件结构复杂且壁厚不均匀，其各部位冷却速度不同，互相制约，各个方向的收缩率也不一样，砂芯越多，铸件收缩阻力就越大，收缩率就越小。
气缸体类长向缸孔段铸造收缩率按1%计算，曲轴箱段铸造收缩率按0.6 %计算，前后端插片长向收铸造缩率缸顶1%过渡到机脚的0.6%；外型长向铸造收缩率1%，其余方向铸造收缩率0.8 %。
缸盖类进气道圆芯头座长向铸造收缩率按1%计算，其余铸造收缩率按0.8％计算。
2.3拔模斜度
铸件本身没有足够的结构斜度，应该在铸造工艺设计时给出铸件的拔模斜度，以保证铸型、砂芯的起模。
一般芯盒起模斜度为1～1.5°；外型芯头座拔斜度3～5°，工作面拔模斜度1.5°。
2.4最小铸出孔和槽
缸盖、缸体零件上有很多孔、槽和台阶，一般应尽可能在铸造时铸出。
这样可以节约金属，减少机加工工作量、降低成本，又可以使铸件壁厚比较均匀，减少形成缩孔、缩松等铸造缺陷的倾向。
但是，当铸件上的孔、槽尺寸太小，金属压力较大时，反而会使铸件产生粘砂、断芯。
铸造厂铸件目前在生产机型其孔径小于15mm时，一般不铸出。
2.5反变形量
反变形量在长条形的缸盖类铸件上使用比较多，由于缸盖类铸件壁厚不均匀，长度越大，高度越小，各部分凝固、冷却速度不同，引起收缩不一致，铸件产生翘曲变形。
2.6工艺补正量
工艺补正量是用以防止铸件局部尺寸由于各种工艺因素（例如铸件收缩率选用值和实际值不符、铸件变形、有规律的操作偏差等）的影响而超差，在铸件上相应部位增加金属层厚度。
2.7分型（盒）负数
造型起模后铸型变形引起分型面凹凸不平，合型时就增加了型腔的高度，铸件尺寸增大。
为保证铸件尺寸符合图样要求，在模样上必须减去相应高度，减去的数值称为分型负数。
同理，在芯盒模具的分盒面减去的数值称为分盒负数。
3熔炼工艺
3.1炉前成分控制
铁水熔炼过程中，每炉分别制取化学分析和光谱分析式样，测定铁水中的C、Si、Mn、P、S等元素的含量。
光谱分析采用DV4型光谱分析仪。
两种测试结果比较校正，增加炉前铁水成分控制的及时性和可靠性，使炉前和炉后各主要元素含量测试偏差控制在正负0.05%内。
3.2碳当量和硅碳比
一般的机床灰铸造铁杆，为保证铸造件强度，都采用在较高CE下，提高Si/C和辅以合金化的措施。
缸套铸造件为减少形成铸造缺陷的倾向，CE也设计为高值，但Si/C并不高，且熔炼中不允许加入任何合金元素，通过加大炉料中废钢量（废钢量由一般的10%增加到30%）的方法保证其各项性能。
4排气系统设计
4.1排气孔设置原则：
4.1.1出气孔一般设置在铸件的最高部位，金属液最后到达的部位，砂芯发气和蓄气较多的部位，型腔内气体难以排出的“死角”处。
4.1.2通常不宜设置排气孔在铸件热节和厚壁处，以免出气孔冷却快导致铸件在该处产生收缩缺陷，如确实需要，可采用引出式排气孔。
4.1.3排气槽尽量不与型腔直通，可采用折线方式排气，以防止散砂掉入型腔形成砂眼。
4.1.4为防止铁液堵死排气通道，可在芯头处用封箱泥条封住。
4.1.5铁水最后到达的地方往往容易形成气孔，可以设置溢流槽，排出含杂质较多了冷铁水，又可防止气孔产生。
4.1.6明排气孔根部总截面积最小应等于内浇道总截面积，若条件允许，排气孔根部总截面积要比内浇道总截面积大1.5倍以上，以保证型腔内气体顺畅排出，浇注过程铁水流动平稳。
4.2排气孔尺寸：
4.2.1圆形排气孔尺寸底部尺寸不宜过大，一般等于铸件该处壁厚的1/2～3/4，排气孔尺寸尽量取大值。
4.2.2排气孔直径大于20mm时，可设计成片状排气通道。
参考文献
[1]李巨文,袁伟波,李德成,边力,于春田;大型铝合金曲面铸件的铸造工艺设计[J];铸造;1998年12期
[2]刘文川,赖小平,祝举章,王兴平;适用范围宽的铸件有效浇注时间计算公式[J];铸造技
术;2000年05期。
