大型球鐵軸承蓋工藝改進(jìn)

楊恒遠(yuǎn)，張聚輝，畢海香，于建忠，耿建華

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261001）

軸承蓋安裝在柴油機(jī)的缸體上，主要用來(lái)承擔(dān)曲軸的重量及曲軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的巨大且復(fù)雜的交變載荷，要求性能較高，是柴油機(jī)的重要零部件之一[1]。軸承蓋的性能直接影響著柴油機(jī)的使用壽命，由于該大型球鐵軸承蓋用于大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)上，一旦產(chǎn)生問(wèn)題，后果極為嚴(yán)重，因此對(duì)其鑄件的質(zhì)量要求極高。

1 軸承蓋簡(jiǎn)介

某大型球鐵軸承蓋是公司船用發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要零件，材質(zhì)為QT400-15，毛坯質(zhì)量100 kg，輪廓尺寸為529 mm×350 mm×108 mm，最大壁厚為108 mm，屬于典型的大型球鐵鑄件，其尺寸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。采用堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂造型，球鐵典型的糊狀凝固方式以及樹(shù)脂砂較差的導(dǎo)熱性能，使鑄件中的縮松等缺陷成為最常見(jiàn)的缺陷，這也是導(dǎo)致鑄件報(bào)廢的主要原因。

圖1 軸承蓋簡(jiǎn)圖

2 原工藝方案存在的問(wèn)題及原因分析

2.1 原工藝方案存在的問(wèn)題

原工藝方案采用堿性酚醛自硬砂造型，一箱兩件，水平澆注，中間分型，頂部放置出氣針6 件加發(fā)熱冒口4 件/箱，底面厚大部位放置冷鐵，鐵液由中間進(jìn)入鑄件內(nèi)部，詳見(jiàn)原工藝方案圖2。

圖2 原工藝方案

采用此工藝方案共生產(chǎn)鑄件10 件，經(jīng)加工后發(fā)現(xiàn)冒口根部存在縮松缺陷，同時(shí)對(duì)冒口根部存在缺陷的鑄件進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)主螺栓孔位置同樣存在縮松。存在縮松缺陷的鑄件共發(fā)現(xiàn)6 件，廢品率高達(dá)60%，缺陷圖片詳見(jiàn)圖3。

2.2 原因分析

我們通過(guò)對(duì)缺陷的分析，認(rèn)為其主要是由以下原因造成：

（1）冒口及冒口徑選擇的不合適導(dǎo)致冒口起不到有效的補(bǔ)縮作用；

圖3 縮松缺陷圖片

（2）發(fā)熱冒口位置與產(chǎn)生縮松的部位，補(bǔ)縮距離過(guò)長(zhǎng)而得不到鐵液的補(bǔ)充導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮松，同時(shí)冷鐵尺寸偏小，激冷效果差。

3 工藝改進(jìn)

3.1 第一次工藝改進(jìn)

對(duì)冒口位置和澆注系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整，由原來(lái)遠(yuǎn)離產(chǎn)生縮松的位置，調(diào)整至放置在縮松部位上方，強(qiáng)化補(bǔ)縮，確保保溫冒口內(nèi)部的鐵液與鑄件的補(bǔ)縮通道暢通。針對(duì)冒口根部出現(xiàn)縮松的情況，對(duì)冒口徑尺寸及形式進(jìn)行了修正（由圓形直徑80 mm 改為長(zhǎng)方形40 mm×60 mm），詳見(jiàn)圖4。

圖4 修正冒口徑尺寸形式及澆注系統(tǒng)改進(jìn)措施

同時(shí)我們對(duì)下箱中冷鐵的尺寸進(jìn)行了調(diào)整，增強(qiáng)冷鐵的激冷效果，加強(qiáng)補(bǔ)縮效果，進(jìn)一步改善鑄件的凝固順序，使其由糊狀凝固向順序凝固轉(zhuǎn)變，詳見(jiàn)圖5。

圖5 調(diào)整冷鐵尺寸改進(jìn)措施

第一次改進(jìn)后共生產(chǎn)鑄件40 件，通過(guò)對(duì)鑄件的解剖發(fā)現(xiàn)，主螺栓孔內(nèi)的縮松已經(jīng)解決，但是轉(zhuǎn)加工后冒口根部仍然存在縮松，詳見(jiàn)圖6。經(jīng)統(tǒng)計(jì)縮松的件數(shù)為6 件，廢品率為15%，雖然一定程度上降低了鑄件廢品率，但是廢品率指標(biāo)仍然未達(dá)到我們預(yù)期值。

圖6 冒口根部縮松缺陷圖片

3.2 第二次改進(jìn)

由于在第一次改進(jìn)后冒口根部仍存在縮松，我們認(rèn)為是由冒口徑選擇的尺寸及形式不夠合適而導(dǎo)致的。為了加快鑄件的工藝改進(jìn)進(jìn)度，我們利用Magma 模擬軟件對(duì)采用兩種形式的冒口徑（圖7）進(jìn)行了模擬。

圖7 冒口徑的兩種形式

通過(guò)模擬我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)凝固百分比為62%時(shí)，鑄件內(nèi)形成了孤立的液相區(qū)；當(dāng)凝固百分比為70%時(shí)，長(zhǎng)方形冒口徑保溫冒口內(nèi)液相呈狹長(zhǎng)的“橄欖球形”，標(biāo)準(zhǔn)配置的冒口徑保溫冒口內(nèi)液相呈“倒金字塔形”，詳見(jiàn)圖8。

圖8 凝固過(guò)程

從上述凝固過(guò)程我們不難看出，鑄件的熱節(jié)主要存在于鑄件中心和保溫冒口套內(nèi)。同時(shí)，我們通過(guò)模擬能夠得出，采用長(zhǎng)方形冒口徑發(fā)熱冒口生產(chǎn)的鑄件產(chǎn)生縮松的嚴(yán)重度要高于采用標(biāo)準(zhǔn)配置的冒口徑發(fā)熱冒口生產(chǎn)的鑄件。

圖9 為采用兩種形式的冒口徑的保溫冒口的剖視圖，這與我們實(shí)際的生產(chǎn)情況是完全相符的，即采用長(zhǎng)方形冒口徑生產(chǎn)的鑄件冒口根部容易出現(xiàn)縮松缺陷。因此，我們根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)冒口徑的形式及尺寸進(jìn)行了改進(jìn)，由原先的長(zhǎng)方形40 mm×60 mm 改為圓形直徑50 mm。

圖9 保溫冒口剖視圖

首先，對(duì)工裝進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn)，詳見(jiàn)圖10。在工裝修改完成后，我們共組織生產(chǎn)了80 件，抽出其一內(nèi)部解剖未發(fā)現(xiàn)縮松缺陷，見(jiàn)圖11，轉(zhuǎn)加工50件，目前已經(jīng)加工完成36 件，未發(fā)現(xiàn)冒口根部出現(xiàn)縮松的鑄件。

圖10 冒口頸形式及尺寸修改

圖11 軸承蓋解剖圖片

4 結(jié)論

（1）利用Magma 模擬軟件，可以有效地模擬出大型球鐵軸承蓋的縮松缺陷；

（2）采用頂部冒口加底部冷鐵工藝，可以有效地解決大型球鐵軸承蓋的縮松缺陷問(wèn)題，但是需要選擇合適的冒口和冒口徑形式及尺寸。

[1]田永維,王勇峰,郭敏,等.軸承蓋超聲波探傷缺陷分析及改進(jìn)[J].鑄造技術(shù),2006.

[2]戚墅堰機(jī)車車輛工廠.稀土球鐵柴油機(jī)軸承蓋[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),1971(4).