大型柴油机稳压箱的铸造技术

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^^^ 工艺试验与应用
大型柴油机稳压箱的铸造技术
王建荣，李业林
(中车戚墅堰机车有限公司铸锻分公司，江苏常州213011)
摘要：介绍了大型柴油机稳压箱铸件的结构特点及其质量要求。

论述了可确保铸件质量的铸造工艺。

采取合理的工艺措施，铸造生产出了合格的大型柴油机稳压箱铸件，铸件的力学性能达到R m > 500 MPa ,
R p 〇.2 彡 320 MPa , <4 > 7%, 170 ~ 230 HB 。

关键词：大型柒油机：稳压箱；铸造；工艺措施中图分类号：TG 242
文献标识码： B
文幸编号：1673 — 3320 (2019) 04 — 0044 — 03
稳压箱是大型柴油机上的重要零部件之一，安装在 机体顶面，需承受高温高压气体的冲击，服役条件较差， 因此对铸件的质量要求比较高。

在开发试制及生产过程 中，根据稳压箱铸件的结构特点及其质量要求，采取合 理的工艺措施，生产出了合格的稳压箱铸件。

1铸件结构特点及质量要求 1.1铸件结构特点
稳压箱是大型柴油机上的一个十分关键的受压、 受力件，其铸造质量的好坏，直接决定着柴油机是否 能够正常运行。

铸件壁厚差异较大，结构较为特殊， 为箱体式结构，两侧共有12个进气轴孔，箱体内腔 有3道加强筋并带有贯穿螺栓孔，稳压箱铸件毛坯图 如图1所示。

铸件外形尺寸为2 773 mmx 42S mmx 269 mm ,法兰面均为加工平面，壁厚悬殊较大，加 工后上下法兰面的壁厚为16 mm ,箱体壁厚只有10
mm ,而壁厚最大部位超过SO mm ,壁厚厚度的公差
为 ±0.405 mm 。

图1稳压箱铸件毛还图
Fig.1 Graf of rough regulator castings
1.2铸件质量要求
(1)
稳压箱铸件加工后需要进行水压试验，整个箱
体内保持压力0.5 MPa 至少5 min ,任何部位不得有泄露。

其中，稳压箱铸件上、下法兰面加工后不得有任何气孔、 缩松等铸造缺陷。

(2)
稳压箱铸件的表面质量要求较高，不允许存
在粘砂、渗铁等缺陷，铸件内腔圆滑过渡，内、外壁经 过喷丸处理后表面粗糖度应达到规定的技术要求。

(3)
稳压箱铸件的壁厚均需要进行检查，不能超
出公差范围，成品重量要求为225 kg ,公差为S %。

2铸造工艺分析
根据铸件结构特点和质量要求，经工艺分析该铸件 铸造难度较大，主要体现在以下4个方面：
(1) 铸件结构特殊，容易出现局部收缩不均匀，造 成铸件变形、进气孔位置偏差大等问题。

(2) 铸件热节较多，容易在下法兰面、进气孔密 封槽内等部位产生缩孔、缩松缺陷。

(3)
产品气密性要求较高，铸件经机加工后需要
进行水压试验，任何部位不得有泄漏现象。

该铸件为球 墨铸铁件，而球墨铸铁属糊状凝固，共晶膨胀力大，易 产生缩松缺陷。

另外，球墨铸铁在浇注过程中如发生素
流易产生二次氧化现象，从而易导致夹渣缺陷的产生， 这两种缺陷均易导致泄漏现象的产生。

(4) 外观质量和铸件尺寸精度高。

收稿日期：2019-04-15
修定曰期：2019-06-30作者简介：王建荣（1986-)男，工程师，主要从事铸造工艺和质量管理等工作。

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FOUNDRY
ENOIttEEKINO
3稳压箱铸造工艺
根据生产稳压箱铸件的经验，选用合适的工艺方案, 并对铁水化学成分进行优化。

根据铸件本身的结构特点, 在个別部位设置适当的冷铁和排气冒口，选择合适的涂 料，以避免产生缩孔、缩松、夹砂及气孔等缺陷，提高 铸件的内在、表面质量和尺寸精度。

3.1型砂工艺
⑴试制时选择使用呋喃树脂自硬砂造型、制芯。

型（芯）砂的混制：砂+固化剂+呋喃树脂（含偶联剂）。

型（芯）砂用TYH -10,即10t 连续式树脂砂混砂机混制。

型（芯）砂中加入1.0% ~ 1.8%的呋喃树脂，固化剂加 入量为树脂重量的30% ~ 70%。

(2)稳压箱砂型和砂芯表面涂刷醇基石墨粉涂料， 涂后立即点燃自干。

3.2工艺方案
(1)造型工艺
稳压箱铸件结构较为复杂，采取三箱造型工艺，并 将窗口法兰面设计成活块方式，以便于起模。

内腔结构 由四种砂芯组成，在稳压箱进气轴孔、加强筋等部位设 置冷铁，以改善这些热节部位的凝固、冷却条件，从而 防止缩孔、缩松缺陷的产生。

(2)浇注系统丨11
为避免浇注过程中发生紊流现象，浇注系统设计 为侧面进入、底注及半开放半封闭式，
1^:
=1: 1.85: 1.19。

直浇口位于横浇道中间，内浇道共12 道扁平浇道，分布在进气轴孔法兰面上，这样稳压箱铸 件可以同时从进气轴孔法兰面上充型，铁水热量分散， 充型速度较快，降低缩孔、缩松出现的几率，稳压箱铸 件工艺如图2所示。

图2稳压箱铸件工艺图
Fig.2 Foundry technology of regulator castings
(3)浇注过程
合箱后铸型放置平稳，使铁水进入型腔平稳，便于 型腔内气体排出，避免出现浇不足、气孔等缺陷。

浇注 收包后，应及时点冲浇口2次，保持浇口杯呈充满状态。

⑷熔炼工艺[2】
稳压箱铸件材料为QT 500-7, QTS 00-7材料化学成 分要求见表1。

表1 QT500-7材料化学成分要求（质量分数，％)
Tab.1 Requirements of chemical constituent of QT500-7 (mass fraction, %)C
Si Mn P S Mg
Re
原铁水 3.7 ~ 3.80.6 ~ 1.30.3 〜0.4^0.15<0.05成品
3.4 ~ 3.8
2.0 〜Z8
0.3 〜0.5
<0.15
^0.03
0.03 〜0.06
0.03 〜0.05
应力的影响，铸件易产生残余应力。

为了消除残余应力、 改善铸件的机械加工性能，采用人工时效的热处理方式， 根据铸件的壁厚和结构确定时效温度和保温时间。

5工艺措施的改进
初期试制了1只稳压箱，铸件表面无任何缺陷，理 化性能均达到技术要求。

但经过划线检查后，发现稳压 箱进气轴孔法兰尺寸偏差2 ~ 5 mm ,局部加工余量较 小，勉强满足加工要求。

经过分析，稳压箱进气轴孔法 兰尺寸偏差是由于铸件本身结构导致的局部收缩不均匀
球化处理温度为1 450 ~ 1 480 °C ,球化剂为稀土 镁铁合金。

球化处理前将球化剂捣实，并用细铁粉覆盖 在球化剂上，再在上面压一块8 mm 厚的钢板，防止球 化处理时球化剂与铁水反应时飞溅和球化剂过度烧损， 以避免铁液球化处理不均匀和铁水温度下降过快。

采用 一次孕育，孕育剂为FeSi 75。

4热处理
铸件材质为QT 500-7,在凝固冷却过程中，因收缩 受到砂芯阻碍易产生机械应力，同时还受热应力和相变
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造成的。

为解决该问题，在原稳压箱模型的进气轴孔法兰面 外侧单边增设一定的工艺补正量，以补贴铸件局部收缩 不均，保证稳压箱铸件有足够的加工余量。

6结论
(1)生产壁厚差异大、尺寸精度要求高的铸铁件，采用合理的工艺方案、设置适当的冷铁和排气系统，可以有效地避免铸件产生缩松、缩孔及气孔等缺陷。

(2)严格控制浇注温度和铁水中Si含量，能够很 好地防止缩松、冷隔缺陷出现。

(3)按照研究的熔炼工艺，铸件的性能符合图样 要求：> 500 MPa,fl p a2 > 320 MPa,A > 7%,
170 ~ 230 HB。

(4)改进工艺后的稳压箱铸件质量稳定，基本没 有废品出现，表面质量较好。

RI
参考文献
[1] 王文清，李魁盛.铸造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1998 (2011重印）.
[2] 吴德海.球墨铸铁[M].北京：中国水利水电出版社，2006.
Casting Technology for Pressure Regulating Box of
Large-scale Diesel Engine
WANG Jianrong, LI Yelin
(C S R Qishuyan Locomotive C o” Ltd” Changzhou 213011, Jiangsu China )
Abstract: The structural characteristics and quality requirements of large-scale diesel engine regulator castings were introduced. The casting technology that is likely to ensure quality of the castings was described. And it focuses on the casting process designed to ensure the quality of castings. By adopting reasonable technological measures, the qualified large-scale diesel engine regulator castings has been produced, exhibiting tensile strength of 500 MPa or more, yield strength of 320 MPa or more, elongation of at least 7%, and hardness ranging from 170 to 230 HB.
Key words: large-scale diesel engine; pressure regulating box; casting; technological measures
(编辑：青松，zzgc@;编审：妞械，yuanyajuan@)
《排污许可证申请与孩发技术规范金属涛造》
通过生态环境部技术审查
2019年8月9曰，中国铸造协会牵头，联合冶金 工业规划研究院、中机生产力促进中心、环境保护部环 境工程评估中心编制的《排污许可证申请与核发技术规 范金属铸造》（征求意见稿）通过了生态环境部组织的 技术审查会。

上述"铸造排污技术规范"规范了铸造工业排污单位 排污许可证申请与核发的基本填报要求、实际排放量核 算、合规判定的方法以及自行监测、环境管理台账、排污许可证执行报告等环境管理要求，提出铸造工业污染 防治可行技术。

适用于指导铸造工业排污单位填报《排 污许可证申请表》、网上填报相关申请信息、指导核发 机关审核确定铸造工业排污单位排污许可证许可要求。

通过向企业核发排污许可证的"一证式"管理模式，对企 业固定污染源实施全过程管理和多污染物协同控制，实 现了精细化、信息化、系统化、科学化和法制化的管理。

据中国铸造协会透露，"铸造排污技术规范"预计将 于今年9 ~ 10月向社会征求意见，并开展企业试填报 工作。

按照生态环境部相关要求，2020年各地环保部 门将完成铸造行业排污许可证的核发工作。

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