・材料・工艺・设备・6V150型柴油机铝合金机体的铸造吉林柴油机厂军代表室 杨德利 【Abstract】Thecylinderblock,animportantcomponentofmodel6V150Dieselengine,isone
ofthemostsophisticatedaluminumalloycastingsofdomesticDieselenginesuptonowintheviewoffoundry.Hencethereshouldbeaconsummatecastingtechnologyinordertoimprovequalityofcastingandreducescrappage.Basedonexperienceofproductionandacceptanceinspectioninsever2alyears,theauthorsummarizescastingprocessofcylinderblock,analysessomecommonlyseencastingdefectsaswellascausesofthemandrecommendsmeasuresofimprovement.【摘要】机体是6V150型柴油机的重要零件,从铸造角度看,该机体是目前国内柴油机最复杂的铝合金铸件之一。为了提高铸件的质量和成品率,必须有完善的铸造工艺。本文根据几年来生产和验收的经验,总结了机体的铸造工艺,对几种常见的铸造缺陷及产生的原因进行了分析,并提出了改进的措施。主题词:柴油机 机体 铸造 铝合金Topicwords:Dieselengine,Cylinderblock,Foundry,Aluminumalloy
1 前 言6V150型柴油机是80年代设计的四冲程、高速、水冷、直喷式、220kW的柴油机。该柴油机所用的机体是隧道式连身机体,它是将柴油机上曲轴箱、下曲轴箱、气缸体、飞轮壳及变速器联合成整体。另外,机体上的机油道和水道都采用内油道和内水道结构。该机体形状复杂,受力较大,因而要求机体具有较高的强度和刚度,其结构见图1。该机体结构紧凑,机加工较方便,但其铸造工艺复杂。该机体轮廓尺寸为666×699×697mm,毛坯重180kg。铸件壁厚差较大,一般壁厚为10mm,上平面壁厚为12mm、水道处壁厚为7mm、油道处壁厚为8mm、隔板壁厚为16mm,缸体螺孔处壁厚为60mm,轴瓦孔处壁厚为56mm。该机体铸造需用三开箱、69个型芯及106块冷铁组成铸件的外形和内腔,且内腔成封闭状,不易进行型芯的支撑、定位和排气。由于铝合金的充型时间较长,型芯在铝合金中作用的时间也较长,这就增加了型芯的发气量,使呛火的可能性增加。因此,机体铸造工艺设计、浇、冒口及冷铁设置都比较困难。铸件要求检查的项目为,每一熔炉分析化学成份,用浇注试样检查其机械性能,见下表。毛坯及加工后的机体都须进行水压试验,
水温60～70℃,压力为(3～3.5)×10
-1
MPa,试验时间为5min。精加工后的机体须进行油压试验,试验用16号坦克机油,油温为60～70℃,压力为(8～10)×10
-1
MPa,试
验时间为10min,不允许有渗漏现象产生。表 铸件机械性能
试样种类抗拉强度(MPa)延伸率(%)硬度(HB)
附浇①要求225.4>2.0>70.0
实测(平均值)268.13.892.5
解剖要求176.0>1.7>65.0
实测(平均值)240.92.784.9
注:①系一个月的统计数字。对于用焊接修补的部位,条件也作了严格的规定。其中,曲轴的主轴孔、各传动轴孔、横隔板、水套面等均不允许补焊。
—62—汽 车 技 术图1 机体构造简图2 铸造工艺2.1 浇注位置和分型面的选择参照砂型铸造工艺有关规定和铝合金体积收缩大的特性,为保证铸件的顺序凝固,并得到冒口的充分补缩,厚大部位应尽量放在上面。为保证铸件的质量,重要的加工面和精度要求高的非加工面应放在下面或侧面。为便于下芯和下芯检查,宽大的部位应放在上面,窄小的部位应放在底部。从机体的结构看,缸体螺孔处壁最厚,整体尺寸宽大,应置于铸件上部。油底壳部位壁薄,一般尺寸为7～10mm,此部位还有两个相连的水道,紧挨油底壳是平衡轴安装孔,铸造质量要求高,因此,该部位应置于铸件底部。如图2所示,浇铸的铝合金液体从薄的地方流入并沿横隔板上升,最后到达冒口。由于铸件较高,按机体的浇注位置,上部与两侧外形妨碍起模,因此采用三开箱分型以利起模。但采用三开箱分型应注意,一是中砂箱高度要求准确,并应经常检查砂箱高度和上下两箱套孔的同心度,超差时不能使用。二是造型时合箱要严,以保证铸件高度。2.2 浇注系统铝合金有较强的氧化吸气倾向,其浇注系统应有较强的缓冲、稳流和撇渣能力,采用大的浇口杯并在浇注时保证必要的液面高度,可使产生的氧化渣处于液面之上。在不影响流量的情况下,直浇口截面应尽量采用小值,以使浇注过程中充满铝液,防止吸入气体—72— 1997年 第2期图2 浇注系统和减少氧化渣的生成。横浇口采用较大的梯形截面,有利于降低铝液流速,使流动趋向平稳,氧化渣有机会浮在横浇口上面。机体的浇注系统(图2)为底柱开放式的浇注系统,为防止内浇口过热和二次造渣,铸件中部增加了5个内浇口。直浇口2个,浇口面积为39cm2。横浇道2个,浇口面积为69cm2。内浇口共11个,浇口面积为47cm2。原设计的浇注系统为底层8个内浇口,中层为位置对称的6个内浇口(图2虚线)。但是,在铸件加工以后发现,平衡轴孔(d96孔)夹渣和疏松比较严重,因该处铸件报废的数量就占废品总数的60%。其主要原因,一是浇注系统缓冲、稳流和撇渣能力差;二是部分内浇口离d96孔太近而产生过热。针对以上存在问题,对浇注系统进行了如下改进。第一,取消底部的两个内浇口和左侧中层中间的一个内浇口,其余两个内浇口上移,以防止d96孔过热,减少水平冲击力,增强向上浮渣的能力。第二,内浇口与横浇口连接由图3a所示改为图3b所示,在左侧的横浇口上部加设一个集渣包,加强横浇口的撇渣能力。第三,在两个直浇口上部加设一道滤网,由原一道滤网增至二道滤网,以过滤合金熔化过程的熔渣及减小铝液的冲力。改进以后的浇注系统彻底解决了d96孔处的疏松和夹渣等问题,使该处的合格率几乎达到100%。大中型铝件通常采用底注式浇注系统,
其优点是便于缓冲、充型平稳。但底注式的缺点是冒口温度低,对补缩不利。由于机体是在高压釜内浇注,浇注温度为740～755℃,铸件上下壁厚差较大,在上部壁厚处有12个明冒口。因此,在浇注结束时,底部薄的地方很快低于冒口温度,补缩可顺利进行。在其它局部热节处和壁厚处,为促成顺序凝固,共放置106块冷铁。2.3 对砂芯的处理和要求机体铸件结构复杂,型腔由69个型芯组成,内腔前后各有一个检查孔,左右两侧各有2～3个检查孔,其余全封闭。由于铸件较大,铝液充型时间较长,许多型芯被铝液所包围,
型芯在铝合金长时间的作用下,会产生较多的气体。为解决型芯的排气、定位、支撑和下芯方便等,采取的措施如下。a. 将内腔的型芯分成三个组合芯,每个组合芯有若干型芯组成,型芯是采用油砂制成的,经烘烤后加工结合面,然后组合粘结、喷刷涂料,再进行第二次烘烤。该油砂由—82—汽 车 技 术图3
1.内浇道 2.横浇道新砂、亚麻油、亚硫酸溶液及水等按一定比例
混合而成。b. 部分大中型芯为防止自重引起的变形,采用了冷芯树脂砂,保证了型芯的几何尺寸。树脂砂由新砂、粘结剂(糖尿醛树脂)及固化剂(苯磺酸)等按比例混合而成。c. 型芯的排气系统要畅通,每个型芯都要仔细地开好通气孔和排气道。组合粘结时,通气孔、排气道不得堵住。形状复杂不易扎制通气孔的水腔、油腔芯采用爆竹芯作通气孔,例如水腔芯,见图4。制芯时爆竹芯放入型芯的中间一起烘烤,出炉后用明火一点即可形成d5mm的通气孔。d. 严格控制芯子的发气量,型芯砂、粘接剂和涂料的配比,型芯、型芯组合以及喷刷涂料后的烘烤必须严格按工艺要求进行,型芯烘烤的颜色应符合标准样品。e. 要求芯砂具有良好的透气性。2.4 铝合金的熔炼与浇注铝合金在0.5t电炉熔化,熔化温度≤810℃。在浇包中用三元变质剂变质,变质温度740～760℃,浇注温度为740～755℃。铸型在高压釜中进行浇注,浇注后在10～15s
内使压力达到0.5MPa,然后保压20min,
使铸件在压力下结晶,以提高铸件的强度和致密性等。3 铸造缺陷3.1 铸件几何尺寸超差及改进措施图4铸件几何尺寸不符合图纸要求,在生产中常见的是解剖时壁厚超差,加工面至非加工面尺寸超差,局部相对位置超差等。由于机体结构复杂,内腔型芯较多,铸型的相对位置靠导具、样板及塞尺保证,但影响尺寸偏差的因素很多,例如工装制造过程中的误差、型芯制造和组合过程中的偏差等。因此,解决铸件的几何尺寸偏差问题,一是提高模型、芯盒、导具等工装的设计、制造质量,并定期进行鉴定和补充工装。二是采用先进的制芯工艺,大型芯采用树脂自硬砂制芯,减少变形。三是要保证型芯和组合芯的尺寸。为了保证组合芯的几何尺寸和粘合牢固,芯子的结合面要进行加工,一些较大的型芯在留取加工余量时要考虑到芯子扣到干燥板上自身质量下沉和干燥板不平度引起的误差,不能按标准留加工余量,而实际加工量比标准大2～3mm。3.2 缸体面上的缩孔、夹渣和疏松缺陷及其改进机体粗加工或精加工后,在机体的上平面缸体螺孔处的冒口根部出现缩孔、夹渣和疏松,这类缺陷的铸件为数较多,有时占加工总数的50%左右。产生的原因是,冒口根部呛火、冒口高度不够、铝水熔化质量差及浇注速度不合理等。因此,解决缸体上平面的这些铸造缺陷,其主要方法是防止铸件呛火。机体—92— 1997年 第2期
