大型蠕墨铸铁发动机气缸盖铸造工艺设计.pdf

针对某大型蠕墨铸铁发动机气缸盖的结构特点 ， 在铸造工艺过程模拟分析基础上 ， 确定了整体组  芯 、 平组立浇的工艺 ， 结合冷铁 、 冒口使用 ， 有效降低铸造缩松风险 ， 成功实现了气缸盖的批量稳定生产 。关键词:气缸盖 ； 蠕墨铸铁;平组立浇中图分类号: TG245 文献标识码: A 文章编号: 1674-6694( 2020  )04-0005-03Design of Casting Process of Large Engine Cylinder Head of Vermicular Graphite Cast IronZHANG Min-zhi,  LU Dong, XU Jing-feng, SONG Xue-en{Weichai Heavy Machinery Co.Ltd.,  Weifang Shandong 261001, China)Abstract: According to the structural characteristics of large engine cylinder head of the vermicular graphite cast iron, Abased on the simulation and analysis of the casting process, the integral core and flat group vertical pouring technology is adopted. Combined with the use of cold iron and riser, the risk of casting shrinkage is effectively reduced, and the batch stable production of cylinder head is realized successfully.Key words: cylinder head, vermicular graphite cast iron, flat molding and vertical pouring气缸盖为发动机的关键零部件之一 ， 其铸造工  艺性的好坏直接影响产品的质量和可靠性 。 蠕墨铸  铁作为一种新型的铸铁材料在发动机领域逐步得  到应用 ,其具有接近于球墨铸铁的力学性能 ,又具  有与灰铁的相似的良好的减振和导热性能 ， 但该种  材料同时也具有很强的缩松倾向 。 某型柴油机是我  公司自主设计开发的新一型  用柴油发  动机,其缸盖  用蠕墨铸铁材料,D 主要是对该气缸盖工艺设计进行探讨 ,通  用整  工艺 ， 同时  和铁用 ，  量  产 。1 气缸盖结构及技术要求该气缸盖毛坯重约 265  外形轮廓尺寸为600  mm X 396  mm X 380  mm,基本壁厚  10  mm,最大80  mm.该气缸盖  ， 在部  ，产  缩松  。 铸件材质为 RuT400， 要  铸件本  体抗拉强度! 400  MPa， 硬度 180HBW-240HBW， 蠕!80@ ， 铸件  1  。收稿日期: 2020-04-01作者简介: 张敏之 (1980-),男 ， 硕士 ， 高级工程师 ,主要从事铸造工  艺及质量管理工作 ;E-mail: zhangmz@weichai.com图 1 铸件结构示意图2 铸造工艺设计2.1工艺分析及流程设计对气缸盖工艺设计时  缩松， 该缸盖  主要  在主油  油, 2  o 油  作为缸盖 ， 为的缩松 。 同时于该气缸盖  要工种件产品 ， 主油 要  能铸 ， 因在  的热 。  用  工艺可以在主油  设  发热  ， 但是由于油道较长无法得到  缩 。-5  -Aug.2020 Nq4 铸造设备与工艺 2020 年第 4 期1-喷油器位置 ； 2 -主油道位置图 2 气缸盖结构简图 图 3 缸盖立浇工艺图平组立浇工艺是开发的新型铸造工艺,该工艺  已经在高速机缸盖上取得成功应用 。 该工艺能够改  善浇冒系统布置 ,实现铸件局部厚大部位的有效补  缩 ， 降低铸件的缩松风险 。 根据该气缸盖结构特点  我们选择整体组芯 、 平组立浇工艺 ， 即缸盖前端作  为砂型顶部 ， 在主油道上部使用发热冒口进行补  缩 ， 同时在喷油器位置配合使用冷 。 主的工  艺  为  造型 、  芯 、 组芯 、  、、 整体组芯 、 芯组研箱 、 浇注 、 清理等 。2.2铸造工艺参数铸造收缩为铸造工艺中  的工艺， 工艺  时铸造收缩选取的铸件的  ［ 一 。  现有用发  机气缸盖  工艺 ， 气缸盖  、  、 高的铸造收缩  为 1% ,砂芯  厚度设计为 0.3 mm， 缸盖燃烧面加工余量设计为 6  mm，位置工  为 4  mm.铸件上下砂型及 13  砂型组成 。2.3 浇注系统设计用平组立浇工艺 ， 为  型  部  气 ， 实现浇注  的平  ， 用  注浇注系统 ， 浇  口  在缸盖进气道平上 ， 3 。 浇注系统  组  为: F直：F横：F内 01.1 :1.7 : 1 ，  浇注系统 ， 有  。 同时为了提高  效 ， 用一箱两件  。2.4冒口及冷铁设计为  的实现铸件的  补缩 ， 冒口和冷的  使用  @根据热部位大小经  在主油道顶部选用 4  170  mm X210  mm发热  冒口 。 同时为  实现喷油器位置  的  ， 大冒口的补缩  ， 在喷油器位置使用  冷 。 为  组织致密性 ， 在砂芯  位置使用外冷铁 。2.5造型制芯工艺造型工艺  为碱性酚醛树脂砂工艺 ， 工艺较为  成熟 ， 因此此缸盖造型采用碱性酚醛树脂砂造型 。  为了避免浇注时  砂芯结 ， 上  芯螺柱  孔芯采用覆膜砂热芯工艺 ， 砂芯用冷芯盒工  艺 。2.6整体组芯进气道芯 、 套芯等砂芯  盘芯进行预组芯,预组结束后将预组芯上盖芯别， 然后进窑  。 后预组砂芯上盖芯  在组芯支架上进行整体组芯 ， 同时用把紧螺栓把  紧 ， 把紧后用芯组旋转吊具  整体芯组旋转并  芯  研箱 ， 4 。a） 下芯  ,） 组芯图 4 组芯下芯图3 熔炼及蠕化工艺蠕墨铸的熔炼浇注是蠕缸盖  的键  ， 用中频电炉熔炼原  ， 用喂线进行蠕化处理 ， 同时配合先进的蠕化热  在线检测系统 ， 可  蠕化率满足要求 。4 铸造过程模拟为  的验证工艺的可行性 ， 用 MAGMA铸造拟软件对平组平浇平组立浇  工艺  的  缩松趋势进行  值模拟 ， 模拟  结果-6  -2020 年第 4 期 张敏之 ， 鲁栋,许景峰 ， 宋学恩 :大型蠕墨铸铁发动机气缸盖铸造工艺设计 铸造#备与工艺5.0004.2863.5792.8572.1431.4290.7140.000铸件进行  验证 ， 铸件  组  ， 发现缩现 。 时对铸件进行  检 ，  要求 。体进行  检测 ， 体  85%,450 MPa, 要求 ， 6 。 验证 ， 工艺可行的 。a） 平组平浇工艺100  !ma） 铸件解剖  b） 金相组织图 6 铸件解剖情况及金相组织6 结论b） 平组立浇工艺图 5 缩松模拟示意图（ 1）  针对  铸铁发动机  的， 用体组  组  工艺 ， 够有效实现铸  件的序凝固 ， 降低  风险 。（2） 冷铁冒口的正确使用能够进一步提高工艺  保障力 。（ 3）  在工艺  阶段可借助铸造模拟技术对工艺的可行性进行  分析 ， 进一步优  工艺 。如图 5 o 可以看出 ， 组平浇工艺在油道热  在  ， 组  工艺出现  O5 生产验证参考文献:[1] 李昂 ， 吴密 .铸造工艺设计技术与生产质量控制实用手册 [M]. 北京:金版电子出版社 ,2003:421.[2] 孙晓敏 ， 臧加仑 ， 王勇 .联体气缸盖铸造工艺设计探讨 [J],中  国铸造装备与技术 ， 2016 （ 5 ） :23-26.工艺设计完成后 ,进行了首件铸造生产 ， 并对（ 上接第 4 页 ）荷在 600 $〜 700 '的柴油发动机 ， 符合我厂产品的  需求 。6 总结耐热铸铁在工业上早已广泛应用 ， 我厂一直没  有相关的产品 ， 因此起步较晚 。 此次验证生产的  QTRSi4Mo牌号耐热铸铁仅进行有限的检测 ， 待有  正式产品时 ， 再根据铸件的具体要求对工艺进行改  进 。[1] 中国机械工程学会铸造分会 .铸造手册:第一卷:铸铁 [M].第  二版 .北京:机械工业出版社 ， 2001.[2] 杨世浩 .耐热铸铁金相组织与高温性能的关系 [J].铸造 ， 1987（3）: 15-18.[3] 于化顺 ， 杨世浩 .铸铁抗氧化试验方法的探讨 [J].现代铸铁 ，  1993 ， 51  3 :14-16.[4] 古可成 ， 杨祥 ， 李荣德等 。 硅系耐热铸铁的氧化研究 [J].机械  工程学  ， 1992 ， 28  4  :32-36.[ 5 ] ， 可 ， 正  ，  ，  . 合金  对耐热铸铁组  的  []. 学学 ， 2015 ,384  :81-84.参考文献:-7  -