道依茨-曼海姆TBD620V12柴油机国产化机体的铸造工艺

道依茨-曼海姆TBD620V12柴油机国产化机体的铸造工艺吴康裴泽辉王贵岭周文斌(洛阳河柴铸造有限责任公司471039)摘要：TBD620V12柴油机是从德国引进的系列柴油机的一种，机体的轮廓尺寸为1700×1020×760mm，重约1．7吨；结构复杂，技术要求高。通过合理地选择分型面与铸件收缩率，以及精心设计浇冒系统、冷铁、装箱控制样板等，浇注出合格的机体铸件。关键词：机体国产化铸造工艺TBD620v12柴油机是我集团公司从德国引进的系列柴油机的一种，其机体毛坯为半隧道式，气缸夹角为90。，两排各布置6个气缸。缸与缸之间有宽槽，使各缸的上部相对独立，并且各缸强力螺栓孔与气缸和主轴承孔、凸轮轴孔相对位置要求极高。A、B两列水腔在飞轮端相通。为了满足TBD620V12柴油机提高单缸功率的要求，缸套旁边的挺柱导管孔与主滑油道均直接铸在机体上，使之结构非常复杂(如图1)。620v12机体毛坯体积大，轮廓尺寸为1700×1020×760mm，该件重量大，重约1.7吨。机体内厚薄不匀，差别很大，最薄处为8mm，最厚处为64mm，材质为QT500-7，不允许有裂纹、缩孔、缩松等缺陷，重要部位不允许修补，增加了铸造难度。与以往所铸造的机体相比：几何形状复杂，模具制作难度大，砂芯数目较多，尺寸难以控制。结构上厚薄交接处较多，易产生收缩类缺陷，清理困难，尤其是在飞轮端水腔、挺柱孔、主油道等部位。1．铸造方案分析1.1分型面和浇注位置的确定铸件分型面的选择在很大程度上影响铸件的质量(主要是尺寸精度)、成本、生产率。选择分型面的原则是：尽量减少砂箱、砂芯、活块的数目，便于造型和装箱，还应与浇注位置相互协调。按照这个原则，在分型面和浇注位置的选择上，基本上有两种方案可供选择。一方案是分型选在缸孔外沿，浇注位置为缸孔向下的底注方案。特点是：砂芯、活块数目较少，尺寸稳定性增加。合金液充型平稳，排气方便，不易冲坏型腔与造成飞溅。二方案是：分型面选择在机体轴承档的中心线。采用侧面向下的卧浇方案。特点是：不需要较高的砂箱，不用吊芯，但所需砂芯、活块数目多，端头水腔芯与每缸中间水腔芯下芯困难。通过两种方案对比，一方案有如下的优点：1、减少了砂芯数量，使得尺寸稳定性增加，合金液充型合理。2、缸孔面放置在下面，减少了此处的铸造缺陷，提高了铸件的成品率。因此，我们最终选择了一方案(如图2所示)。1.2铸件收缩率铸件在冷却时，由于合金的线收缩而使铸件尺寸变小，所以在制造模样时，模样的尺寸必须比铸件的尺寸要大一些。我们根据TBD620V12机体铸件本身的结构，依据砂型及合金的收缩率，并参照同类型机体铸造工艺经验来选择。TBD620v12机体铸件的收缩率经生产调试验证后确定。2．浇冒系统设计控制铸件凝固的基本原则为顺序凝固和同时凝固，顺序凝固是采用各种方法保证铸件远离浇冒口部分最先凝固，最后才是浇冒口本身凝固。同时凝固是采取工艺措施使铸件各个部分同时凝固，各部分之间温度差小。TBD620V12机体的材料为QT500—7，球墨铸铁的结晶温度范围很宽，容易形成缩孔、缩松。由于球墨铸铁自身膨胀较大，铸型又为自硬砂，其钢性较好，在铸件凝固过程中变形和型壁迁移量小。考虑到这些因素，我们选择了整体顺序凝固、局部同时凝固这一凝固原则。2.1浇注系统的设计底注并且采用树脂砂造型、制芯，因此选用较快的浇注速度，通过查阅资料，为了达到快速充型的效果，该工艺的浇注时间t设计为：45s。通过阿暂公式可以计算出最小阻流面积：浇注系统设计为：使合金液分两侧进入，设置12个内浇口，浇口均匀，有利于减少铸件温差。同时，考虑到球铁易氧化、夹渣，要求充型平稳、通畅，因而浇注系统选用底注半封闭式，浇注系统比例设计为F直：F槽：F内=1：1.7：0.7。这样的比例可以防止铁水从内浇口流入时对型、芯的冲刷引起铸造缺陷。根据上面的比例，可以计算出浇注系统各部分的面积。为了更好的减少铁水的冲击与防止夹杂进入型腔，横浇道进行搭接，搭接处放置球铁用的耐火纤维过滤网。2.2冒口及冷铁设计为了达到局部同时凝固的目的，避免在厚大部位产生缩孔、缩松缺陷，在铸造工艺中较多的采用了冷铁，从铸件结构看，厚大部位主要有4处：①油底壳处Φ50的两搭子。②挺柱孔旁的搭子部位。③主油道部位。④主轴承挡。这些部位是由机体内部芯子形成或处于内浇口附近，冷却条件较差。为了贯彻同时凝固的思路，加速厚大部位的冷却，该工艺设计在由50的搭子、挺柱孔搭子、主油道部位放置成形外冷铁，并于主轴承挡处放置暗冒口，它的主要作用是逸出部分金属液中的气体和首先进入型腔的冷的金属液，并补缩主轴承挡部位。另外，为了迅速、顺利地排出型腔内的气体与首先进入型腔的先头冷铁水，在与油底壳结合处放置12个溢流出气片。3．工艺控制要点3.1铸件几何尺寸控制TBD620V12机体轮廓尺寸较大，内腔形状结构复杂，所需芯子较多，尺寸精度单靠模型精度难以保证。为了保证下芯尺寸，我们又设计了一套组合样板来控制第一、二、三方向基准尺寸。组合样板的两端利用定位销与支撑杆精确地安装在砂箱的定位端与导向端。在支撑杆上，安装滑动高度样板来测量汽缸芯的第一、二方向基准。在组合样板两端安装的尺杆控制汽缸芯的第三方向基准。3.2熔炼浇注化学成分应严格控制在要求范围内，QT500—7机体的CE为4.1～4.3，主要是充分利用石墨化膨胀自补缩。熔炼时，原材料采用优质生铁、废钢、回炉料等，严格控制过热温度，出炉温度及浇注温度。此外，在浇注时，采用定量拔塞浇口杯快速浇注，使直浇道始终处于充满状态，同时注意引气，打箱时间要不少于20小时，为了消除铸造应力，铸件应进行退火处理。4．生产结果应用本工艺已成功试浇出4件620V12机体，尺寸经划线检查均在GB／T6414—1999CTl0级范围内，通过x光及超声波无损检测，内部没有明显铸造缺陷。已经入库的3件机体中，第一件用于调试机加工工艺，第二件已用于国产化装机，第三件还正在机加工。