配油套的離心澆鑄加工工藝研究

摘要：在全液壓坑道鉆機動力頭部件中，關鍵零件配油套結構特殊（由鋼套與銅套通過過盈配合組合而成），因鋼與銅在不同環境溫度下變形尺寸不同且設計尺寸精度要求高，故配油套生產難度大、報廢率高。為此，介紹了配油套的離心澆鑄原理、工藝流程及材料選擇，并改進了離心澆鑄工藝。

關鍵詞：配油套;離心澆鑄;加工工藝

0 引言

配油套屬于全液壓坑道鉆機動力頭部件中的關鍵零件，其具體結構如圖1所示。配油套是由鋼套與銅套結合而成的組合件。在實際工程應用中，對鋼-銅組合件尺寸穩定性有較高要求。按照《機械設計手冊》規定，銅材質線膨脹系數為17.7×10-6 ℃-1， 溫度每上升1 ℃，則尺寸變大0.001 77 mm;鋼材質線膨脹系數為11.6×10-6 ℃-1，溫度每上升1 ℃，則尺寸變大0.001 16 mm。當溫度上升時，配油套的鋼套與銅套所發生的尺寸變化不同，最終導致配油套與主軸抱死。我們通過調研發現，應用離心澆鑄工藝可以改善這種情況，所以決定對配油套的離心澆鑄加工工藝進行研究。

1 配油套的離心澆鑄工藝

1.1 ? ?離心澆鑄原理

與離心澆鑄式配油套相似的油膜軸承襯套多采用離心澆鑄方法制造。

在澆鑄過程中產生層狀偏析組織的工藝方法主要有：鑄型冷卻、提高金屬液的澆注溫度及其澆鑄速度等。在實際的配油套離心澆鑄各環節中，各環節的離心澆鑄技術標準不盡相同，需建立技術交底制度。在生產離心鑄件時，進入鑄型的液體金屬沿著圓周方向覆蓋鑄型內表面，并沿著表面軸向流動，產生層狀流動現象，當金屬液逐漸凝固時，可以避免偏心現象。

在臥式離心澆鑄過程中，有金屬液會從鑄型上掉落的區域，即金屬液自落點向鑄型兩端流動充型。此運動與慣性結合會引起滯后現象，金屬液會沿著鑄型壁的軸向以螺旋型方式運動，所以鑄件外表面上會有螺旋狀的冷隔痕跡。臥式離心澆鑄原理如圖2所示。

1.2 ? ?離心澆鑄工藝流程

我們通過分析，制定的配油套離心澆鑄工藝流程如表1所示。

1.3 ? ?離心澆鑄的材料選擇

在配油套試制階段，根據離心澆鑄的常規加工方法，確定離心澆鑄式配油套的制造加工圖，如圖3所示。

初次離心澆鑄加工毛坯完成了3件樣件，樣件中2件在對離心澆鑄的銅內圈進行探傷時發現有細微的裂紋。為此，進一步對離心澆鑄式配油套的鋼套與銅套進行試驗，發現45鋼與錫青銅在離心澆鑄過程中極易出現鑄造缺陷。因此，需更換外套材料，并改進離心澆鑄工藝。

參考船舶行業加工工藝進行材料材質更換，原配油套組件由QSn4-4-2.5與45號鋼組成。其中，QSn4-4-2.5主要特點為：

（1）高耐磨性，良好的切削性、焊接性，在大氣、淡水中耐腐蝕性良好，只在冷態時進行壓力加工。

（2）主要用來制造在摩擦條件下工作的軸承、軸套、襯套及圓盤等。

（3）機械性能：σb（抗拉強度）為319 MPa，δ（拉長率）為30%，硬度為HB59。

按以下方式改進了配油套組合件：

（1）配油套組件改成雙金屬軸承結構。采用離心澆鑄工藝，將銅合金直接澆鑄到鋼套上，形成結合良好的雙金屬，銅合金與鋼的結合強度可達到150～200 MPa，完全能夠保證配油套的高負荷使用。

（2）雙金屬軸承結構的配油套組件采用鋼套+銅套的形式。鋼套由45#鋼改為10#鋼，銅套由Sn4-4-2.5更改為ZCuPb10Sn10，銅合金厚度由原銅套厚度11.5 mm改為了1.5 mm。

ZCuPb10Sn10按《鑄造軸承合金》（GB/T 1174—1992）標準執行，合金性能如下：有很大的疲勞強度和承載能力，抗沖擊性能強，潤滑性能、耐磨性能和耐蝕性能好，適于用作雙金屬鑄造材料。

2 設備維修及養護

離心澆鑄設備和環境在配油套的離心澆鑄過程中有一定的影響力。離心澆鑄企業需要引進先進的設備、技術，保證生產效率。在澆鑄完成后要對設備進行全面及時的保養，以提高設備的使用壽命和工作穩定性。在離心澆鑄現場管理的過程中，需要運用離心澆鑄工藝，工作人員應積極學習關于離心澆鑄過程中所涉及的相關設備的使用方法或離心澆鑄技術方法。

3 結語

本文通過更換配油套內外套材料材質，改善了離心澆鑄所產生的一系列鑄造缺陷。后期設想是通過有限元分析，對其更換后的材料材質進行受力變形分析，證明更改材料材質對配油套受力抗壓的性能影響不大。

收稿日期：2020-04-25

作者簡介：杜漁舟（1986—），男，重慶人，工程師，從事機械加工與機械設計工作。