180汽缸盖铸造工艺设计.pdf

汽缸盖是国内某主力战舰动力系统的核  心部件 ,主要作用为定时地开启和关闭汽缸的进 、  排气门 ， 以保证新鲜可燃混合气和空气得以及时  进入汽缸并把燃烧后生成的废气及时排出汽缸 ，  因此产品结构复杂 ,使用环境恶劣 ， 对铸件材质和  尺寸精度要求很高 。 180 汽缸盖尤其对于气阀座  要求很高 ,我车间在以往生产同类产品时 ,高压面  气阀座  出  , 后  缸  使用可 ， 而 180 汽缸盖则要求气阀座处加工后直接使  用 ， 不镶缸套,这对气阀座处的缩松缺陷控制及材  的  出  很高的要求,  要  证  度,其  使用  的  , 要  证后  的可  , 铸件出  , 使用能 。 本文旨在通过对汽缸盖结构分析 、 模型结构设  、 铸造及  进  ， 使铸件达到使用要求 。1  180 汽缸盖结构特征和技术要求分析1.1 结构特点180 汽缸盖是一个由平面和孔系组成的复杂收稿日期 ： 2020-04-10 /修订日期 ： 2020-05-11作者简介 ： 吕宇靖 (1984-),男 ， 学士 ， 工程师 ， 研究方向为铸铁件铸造工艺 g E-mail:lvyujing41 0@163.com箱体类铸件 ， 结构紧凑 ， 内部布置进 、 排气道 、 冷却  、 8 、  1 、2 所示) 。 水腔内部结构复杂 ， 筋板多且薄 ， 并将水  腔整体分割成 6 个区域 ， 每个区域间仅靠厚度为  8mm筋板相连接 ， 同时尺寸精度和车间以往生产  的  铸件  是  严格 ， 主要壁厚尺寸公差都只有 -0.5mm、 +1.0mm。 此外缸盖加工后的  检验标准及其严格 ， 不仅水腔 、 油道要经过水试,图 1  180 缸盖 外形图图 2 缸盖内部结构图96吕宇靖 ， 等 ： 180 汽缸盖铸造工艺设计 第 4 期而且各个部位要进行气试 ,保证铸件不能有漏水 6  渗水现象 ， 这些都对缸盖的强度及材料的致密度  提出更高的要求 。 所以要想保证铸件质量达到使  用要求 ,不仅要提高外观质量 ， 更重要的是保证内  在质量 ， 才能生产出优质的铸件 。1.2 主要参数 ：缸盖外形尺寸: 460mm x 344mm x 215mm; 重量:净重 105kg， 毛重 ： 120kg。主要壁厚及公差: 6：； mm,上下水腔隔板厚度  6：0；mm,爆发面厚度为 13mm,低压面厚度为  17mm。1.3 缸盖的技术要求180 汽缸盖技术要求可以归纳为三个方面 。（ 1 ） 外观及尺寸精度:铸件非加工面粗糙度要  求为 ！ “12.5~50 6m,冷却水腔内不允许有 ＞lmm 的金属氧化物 ， 并采用 “ 石灰乳法 ” 或 “ 红色渗透剂  法 ” 检验表面  。 铸件主要壁厚及公差要求  级 。⑵内在质量:铸件内部不允许有缩松 、 夹渣 、  气  铸  ， 并进行强度  密  试验 ， 水腔和滑油腔液体试验压力为 0.6MPa和 0.8MPa， 历  时 15min;水腔 、 进排气道 、 燃油腔 、 减压腔和启动  腔在温度 60-80“的水中进行空气压力试验 ， 试验  压力为 0.1MPa， 历时 5mino（3）材质及机械性能要求见表 1 ,检测位置见  图 3 。度在  盖气  进行 ，100% ,每 100 个缸盖解剖 1 件 ， 检验本体机械性  能。2 铸造工艺设计2.1分型面的选择铸  面是  铸  的  面 ，面的  以下  。1 可能  铸件的  部  部  在  一箱内 ， 以减少因错型造成的尺寸偏差；（2）应尽表 1 缸盖材质及机械性能表为 6l；mm，—般尺寸公差要求为 DIN1686-GTB15材料机械性能 （ 本体 ） 化学成分 /% 金相要求!m/MPa 硬度 /HB P S 珠光体基体 （ ！ 95% ）QT800-2 !800 200 ~ 240 “0.3% “0.02% 球墨大小 ： 4 〜 7图 3 硬度检测要求-97  -第 55 卷 中国铸造装备与技术量把铸件的加工定位面和主要加工面放在同一箱  内 ， 以减少加工定位的尺寸偏差 ；（3 ） 应减少砂芯  的数量 ；（4 ） 为方便起模 ,分型面应选在铸件的最  大截面处 。通过上文对 180 汽缸盖铸件结构的分析可  知 ,铸件整体为箱型结构 ,主要加工平面有燃烧室  面 、 低压面及进排气道的密封面 ， 内部还要进行如  喷油器孔 、 螺栓孔 、 检爆阀孔等多个孔系的加工 ，  且尺寸公差等级要求很高 。 因此为保证铸件尺寸  精度 ,分型面的选择应将铸件全部放置到下箱中 ，  而且由于燃烧室面受冲击较大 ， 特将燃烧室面朝  下,上箱放置出气冒口或冒口 。2.2浇注系统的设定2.2.1浇注系统的方式选择应  分  到  的  平  稳 、 流动方向和速度的可控 、 具有挡渣能力 、 调节  铸型  内的  度分  有  度铸件  素 。 180 汽缸盖型腔内部结构复杂 ， 主要壁厚为  6mm,材质为 QT800-2， 铁水流动性较差 ， 因此采  封  , 可以  为平稳的充型 ， 也具有一定的挡渣能力 ， 且由于分型  面的选取方式将铸件全部放置在下箱中 ， 内部砂 芯众多 ， 尤其以水腔砂芯结构最为复杂 ， 因此内浇  道的引入位置不能直接冲击砂芯 ， 以免造成砂芯  铸件  ；  同  上  砂芯在注过程中 ， 完全包裹在铁水中 ， 砂芯的排气全部依  赖于芯头处的工艺孔 ， 因此对于浇注系统的引入  应充分考虑砂芯排气的问题 。 综上所述 ， 浇注系统  采用半封闭底返式 。2.2.2 （  （  的尺寸（ 1 ） 选取浇注截面比为 1 ： 1.8 ： 1.2, 取 ！ # =0.7,  !计算 # 1, $ 2 ；$  = !1  x%1 = 0.7x 1  2 = !3X%3 =0.75x1.2计算平均压头 :直浇道: “60 单位陶管 。2.3冒口与冷铁设计2.3.1冒口设计冒口设计原理基于铸件的均衡凝固理论 ， 即  遵循球墨铸铁件可以充分利用其液态收缩和石墨  化膨胀叠加的自补缩和浇冒口的外补缩来获得合格铸件原则 。 铸件经冷却模拟分析,内部缺陷主要  集中在喷油器孔 、 检  及启  三处中喷油  器孔  独立结构不与  相连 ， 铸后喷油器外与油管孔及上 、  隔壁相交形成热节导致缩松 ， 缩松位置为水腔砂芯所分割 ,无法有效激  冷或  经过分析后决定将喷油器孔铸死 ， 并设置一  余热处各设置一口即可 ， 如图 4 所示 。图 4 冒口放置2.3.2球墨铸铁中,  稳定强化力  性能的  , 同时  入量  多会  易形成铁锯碳化物 ， 故将加入量定为 0.2%  ~ 0.3% 。⑶鎳鎳具有稳定珠光体的作用 ， 同时鎳作为合金  元素的  在共晶  ,不会因  析而使共晶  界  化 ，  重的金属 ， 故加入量分别为 0.4%  -0.5%  o， 铁化成分控制  2 。3.2球化处理3.2.1球化剂的选择生铁  含有球化  元素 ，  在  球化剂中需要含有一定量的稀土元素来中和这些  元素 。 国内最常用的球化剂是稀土镁硅铁合金 。 现  选用牌号为 FeSiMg7RE1的稀土镁硅铁作球化  剂 。3.2.2*  *  球化入  球化  ， 将球化剂  入堤坝一侧 ， 上面覆盖硅铁合金 ， 稍加紧实 ， 然后  再覆盖无锈铁屑等覆盖剂 。 铁液温度过高时盖钢  板 。 处理时 ， 应尽可能地将铁液一次冲入铁液包的  另一侧 ， 一般先注入铁液总量的 2/3 或 3/4 ,等反  应基本结束后 ， 再补加余量铁液 ， 然后将渣扒除 。3.3孕育处理180 汽缸盖共进行两次孕育 ， 一次孕育采用  包内孕育,在采用冲入法球化时 ,把孕育剂全部盖  在浇包的球化剂之上 ， 待冲入铁液进行球化处理  时 ， 同时发生孕育作用 ； 二次孕育采用随流孕育 ，  在铁水向水口箱浇注过程中 ， 将孕育剂通过手持  容器均匀的随着铁水流入水口箱内进行孕育处  理 。4 模拟结果分析按照上文所述的工艺对铸件进行计算机凝固  模拟 ， 结果如下图所示 。由充型分析结果可见 ， 充型过程中液面平稳  上升,无紊流 、 飞溅现象 ， 可以有效避免卷气与二  次渣的形成 ， 内水口位置避开砂芯,充型过程不会  对砂芯产生严重的冲刷作用 。由凝固分析结果可见 ， 冒口与冷铁使用 ， 使铸  件主要热节区域形成局部的顺序凝固 ， 完成补缩 。5 试验验证模拟  果 ，  按照  计的铸造  铸100  —吕宇靖 ， 等 ： 180 汽缸盖铸造工艺设计 第 4 期〔 磁 Gv;滋图 6 充型过程模拟7101第 55 卷 中国铸造装备与技术件的实际生产验证 ， 实际生产出的铸件在经过超  声波探伤检验后 ， 没有发现超标的缩松 、 缩孔缺  陷 ， 铸件经过解剖着色探伤后显示内部组织致密,  检测结果证明了该铸造工艺方案的合理性和可行  性 。6 结论（ 1 ） 通过系统研究 180 汽缸盖的铸造工艺 、 工图 8 缸盖解剖渗透探伤装 ， 采用 MAGMA软件进行模拟分析 ,制定最佳的  铸造工艺 ;通过熔炼工艺试验 ,确定最佳的熔炼工  艺,完成了  180 汽缸盖工艺制定及生产试制 。（2 ）  解决了合金铸铁材质性能 、 金相组织 、 铸件密性试验  ,预期目标 。（3 ）  该试制 180 汽缸盖的完成 ， 实现了操作工  艺可控 ， 检验控制有效 。参考文献 ：[1] 张伯明 ， 陆文华.铸造手册第 5 卷 [M].北京 ： 机械工业出版  社 ,2010.[2] 陆文华 ， 李隆盛 •铸造合金及其熔炼 [M].北京 ： 机械工业出版  社 ,2007.Casting process design of 180 cylinder headLV Yujing, WANG Zhefu, QIAN Yintong, SHI Guang(CRRC Dalian Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd., Dalian 116000, Liaoning China)Abstract： Through the analysis of the structure of the 180 cylinder head, the design of the casting pro­cess has been carried out, and the computer simulation technology has been used to check the process. After continuous testing and improvement, a casting process that meets the technical requirements has been designed, and the product quality of the cylinder head has been guaranteed.Key words： 180 cylinder head; Casting process; Diesel engine; Computer simulation technology征稿启事《 中国铸造装备与技术 》 杂志 （CN37-1269/TG） 是由中国科协主管 ， 中国机械工程学会 、 济南铸锻  检验检测  有  的  合  期  , 工  铸造刊 ， 1963 年创刊 （ 曾用名 《 铸造机械 》 《 中国铸机 》 ） 。 欢迎铸造企业管理人员 、 技术人员 、 科研院所科研  设计人员 ， 以及大专院校师生积极撰写论文 ， 踊跃投稿 。投稿邮箱: cfmt2018@163.com”投稿网站: www.cfmt.com.cn o温馨提示:投稿请勿使用其他网络投稿途径 ， 以免上当受骗 ”*“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +..+“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +..+“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +“ +」102  -