簡析柴油機機體鑄造工藝的優化策略

嚴磊鄧嫄媛傅駿

1、成都云內動力有限公司2、成都大學機械工程學3、四川工程職業技術學院材料工程系

簡析柴油機機體鑄造工藝的優化策略

嚴磊1鄧嫄媛2傅駿3

1、成都云內動力有限公司2、成都大學機械工程學3、四川工程職業技術學院材料工程系

針對某四缸大型柴油機機體生產效率低，鑄件易產生縮孔縮凹缺陷問題，分析其鑄造工藝的難點以及重點，并且提出鑄造工藝優化策略，通過工藝改進不僅提高了鑄造生產效率，而且還減少了柴油機機體鑄造缺陷，提高了鑄件成品率。

柴油機；鑄造工藝；改進

某四缸大型柴油機是船舶的主要動力，而機體品質是保證柴油機正常工作的前提，然而由于柴油機機體結構復雜，壁厚差異大，在鑄造的過程中容易出現各種缺陷，因此采取合理的鑄造工藝對提高鑄件成品率具有關鍵性的作用。

1 柴油機機體結構及鑄造方案

1.1 柴油機機體結構

為了更好地對柴油機機體結構鑄造工藝進行分析，本文選取某船舶柴油機作為研究對象，該柴油機機體的毛坯外形尺寸為3897×1392×1650（mm）；柴油機機體缸孔的高度設定為502mm，445mm的缸孔中心距，缸孔內部設置筋條；缸孔的外側為凸輪軸腔，凸輪軸腔與缸孔的厚壁最小為20mm；柴油機的機身毛坯重量為12t，鑄件液中衛18噸。采取QT400-15的鑄件材質，要求機械性能：抗拉強度≥390MPa，屈服強度≥250MPa，延伸率≥14%，布氏硬度＝135～185HBS。

1.2 柴油機機體鑄造方案

從機身的技術要求、結構特點來看，鑄造生產的難點在于整個鑄件輪廓尺寸較大，壁厚差異性大，技術要求高，尤其是缸孔部位對密封性要求比較高，因此基于安全考慮柴油機機體不能出現鑄造缺陷。但是從某型號柴油機機體鑄造工藝的效果看，由于柴油機機體壁厚差異大，結構復雜，因此在鑄造過程中易出現缺陷。

2 缸孔夾雜問題

通過研究該柴油機在前期的生產中發現了鑄造質量問題，通過仔細觀察發現柴油機上下缸孔存在不同程度的夾雜缺陷，如圖1所示。通過對圖1的觀察，缸孔夾雜問題較為突出，而且經過后期的鑄造處理之后，缸孔夾雜問題仍然存在。（由于柴油機具有較高的封閉性要求，因此不能對其進行深度打磨處理），根據以往的經驗，結合相關文獻資料，導致柴油機缸孔夾雜問題的原因主要在于：在鑄造的過程中沒有控制好鐵水的澆道流速從而產生紊流、二次氧化現象，例如在鐵水澆筑的過程中，鐵水的澆筑速度過快就會使得型腔內的雜物不能有效地上浮，從而在坭芯下部形成夾雜缺陷。如果缸孔夾雜問題嚴重則會造成柴油機機體報廢。

圖1 柴油機機體缺陷位置

通過對該型號柴油機鑄造工藝分析，該柴油機采取的階梯式澆注系統，底層內澆口為主要澆注系統，上層內澆口為輔助澆注系統。

3 某柴油機機體鑄造工藝改進措施

針對某型號柴油機機體鑄造過程中存在的缺陷，根據鑄造手冊，應該積極針對鑄造缺陷優化鑄造工藝，以此提高鑄件成品率，具體的鑄造工藝改進策略如下：圖2為優化改進后的鑄造工藝簡圖。為了避免因為鐵液溫差問題造成的缺陷，保證充型平穩，本工藝采取底注式澆筑系統，考慮到柴油機機體結構復雜以及機高問題，將內澆口設置在缸孔面底部，并且在每個缸孔口設置兩個澆口。澆口的大小為：15×15（mm），這樣可以實現對底座的大容量澆筑。通過計算：F直∶F橫∶F內＝2∶5∶6，柴油機機體鑄造時間為17min，同時采用鑄造模擬軟件對改進后工藝進行了充型模擬,從模擬結果可以看出，鐵水澆注充型平穩，鐵液在型腔中的流速在0.2～0.5m/s，同時，對凝固后的厚大部位進行切片分析，未發現縮松缺陷。

圖2 改進后的鑄造工藝簡圖

通過對澆注系統的優化改進，在后續的投產中，該型柴油機的缸孔夾雜缺陷已經得到徹底解決：利用超聲波探傷檢測技術對柴油機毛坯狀態進行檢測，經過檢測，結果符合技術要求；其次在后續的機械加工中進行跟蹤監測，通過跟蹤監測，粗加工與精加工都沒有發現鑄造缺陷，因此通過改進該工藝，柴油機機體缸孔夾雜問題得到徹底解決。

總之，由于某四缸柴油機機體結構復雜，鑄造工藝不合理會導致鑄件出現各種缺陷，因此采取臥式底澆注模式，通過合理設計澆注工藝參數等不斷提高柴油機機體鑄造尺寸精度，而且還提高了生產效率，最為重要的是提高了鑄件的實用性與可靠性，為柴油機機體鑄造工藝設計提供了理論依據。

[1]張聚濤,趙悅光,谷剛,田逢甲.柴油機機體鑄造工藝設計研究[J].中國鑄造裝備與技術,2016(06).

[2]中國機械工程學會鑄造專業學會.鑄造手冊(第5卷)：鑄造工藝[M].北京：機械工業出版社,1994.