压缩机缸体的铸造工艺

铸造
张证：压缩机缸体的铸造工艺
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型，在铸型最低位置的两侧各安放一个溢流槽，堆积 低温脏铁液，同时也能收集合箱过程中的浮砂，如图3 所示。 2.4 其他工艺参数的确定
由于缸体壁厚相对比较厚大，材质牌号比较高，收 缩量相对比较大。浇注温度应遵循低温快浇的原则，同 时也能减少气腔和水腔粘砂，便于清理，提高铸件表面 质量。根据客户以往的生产经验和国内某铸造厂的质量 问题总结，为避免气腔和水腔型砂烧结，无法清理导致 铸件报废，气腔和水腔砂芯采用70~140目的宝珠砂，同 时选用锆英粉醇基涂料等措施来提高铸件的抗粘砂能 力。其余部位仍采用70~140目石英砂和石墨醇基涂料， 以降低生产成本。由于铸件壁厚较大，保温时间要控制 在36 h以上，禁止产品打箱温度超过500 ℃。
须将所有冒口用铁板或者报纸遮盖。 2.3 冒口和聚渣结构设计
在铸件的顶部设置排气溢流冒口，便于在浇注过 程中及时排除型腔产生的气体，使铁液能快速充满型 腔，同时将浇注过程中产生的气体、夹渣和低温铁液 通过冒口排出铸型，减少铸型上方的铸件产生铸造缺 陷的几率。考虑到缸径浇注位置的上下部位易吸附脏 铁液，产生气孔、夹砂和夹渣等缺陷，在缸径砂芯的 上下侧各开设铁液溢流槽，储存含有气体、砂和渣的 低温铁液；为将浇注过程中最初的低温脏铁液排出铸
关键词：压缩机缸体；疏松；粘砂；浇注系统；呋喃树脂砂 中图分类号：TG242 文献标识码：B 文章编号：1001-4977 （2011） 10-1011-04
Casting Process of Compressor Cylinder
ZHANG Zheng （Cixi Huili Machinery & Electric Co., Ltd., Cixi 315333, Zhejiang, China）
（a） 上模样
（b） 下模样 图2 缸体上、下模样 Fig. 2 Upper and lower pattern of cylinder
图3 铸造工艺简图 Fig. 3 Sketch of casting process
2.2 浇注系统设计 在分型面设置浇注系统是典型的设计模式。将横浇
道设置在缸体长度方向的侧面，布置在上箱，直浇道设 在横浇道中部，铁液从中间向两边均匀的引入型腔。根 据缸体的结构特点、铁液的分布情况，设计内浇道数量 和位置，将内浇道布置在下箱，有利于浇注过程中提高 浇注系统的挡渣效果。浇注系统全部倒圆角，减少由浇 注系统引起的夹砂。由于采用中间注入铁液，采用开放 式的浇注系统，确保铁液充型平稳。为防止浇注过程中 铁液飞溅产生的铁豆滚入型腔产生冷隔缺陷，浇注前必
图1 压缩机缸体结构简图 Fig. 1 Sketch of the structure of compressor cylinder
收稿日期：2011-05-10收到初稿，2011-06-13收到修订稿。 作者简介：张证 （1970-），男，工程师，主要从事铸造生产管理和工艺设计。E-mail：zhangzheng@
Abstract：The casting structure of the cylinder for compressor was analyzed in this paper, and the casting process was designed. The defects such as burning-on and shrinkage porosity were eliminated through enhancing the procedure control during production. Finally the qualified castings were produced, which can provide the technical support and experience for production of similar cylinder castings. Key words：compressor cylinder; shrinkage porosity; burning-on; gating system; furan resin bonded
Oct. 2011 Vol.60 No.10
图6 气腔和水腔砂芯排气通道连接图 Fig. 6 Sketch of venting channel connecting the gas cavity and water cavity of clay core
图7 铁屑管连接细节 Fig. 7 Connecting details
将铁液的化学成分和温度调整到工艺规定的范围， 采用2 t铁液包盛装铁液1 500 kg。按工艺规定控制浇注 温度 （1 320±10） ℃，采用拔塞式浇口杯，浇注过程中 使浇口杯处于充满状态，浇注时间控制在 （33±2） s， 使浇注过程平稳。浇注过程中用锶硅钡孕育剂进行随流
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2 铸造工艺设计
2.1 分型面的设计 由于缸体外形是细长型结构，借鉴专业压缩机铸
件类似缸体的生产经验。缸体的控制重点是缸径和两 个端面的质量，这三个部位的质量要均匀稳定，处于 同一质量水平。如果采用垂直造型和浇注，缸径上部 和缸体上端面容易出现气孔、夹渣和疏松等铸造缺陷， 质量将很难保证，且模具需分成三段，造型难度增大。 另外，合箱操作也很困难，缸体的水腔砂芯支撑难度
造型难度最大的也是铸件质量最关键的环节是气 腔和水腔砂芯的制备。气腔和水腔砂芯比较薄，质量 要求高，可采用50%的石英砂和50%的宝珠砂混合，为 防止砂芯变形和提高砂芯强度，在砂芯中安放Φ10 mm 钢筋作为芯骨。由于砂芯全部被铁液包围，必须要加 强砂芯的排气，因此在钢筋上拴Φ6 mm的尼龙通气绳， 并通过芯头将排气通道联通到铸型外面。为防止砂 芯变形，脱模后的砂芯立即放在托芯板上进行固化 30 min以上。如图4和图5所示。
大，型腔尺寸不易控制。合箱过程中很难彻底清理浮 砂，缸径在浇注过程中容易形成夹砂，导致产品报废。 因此确定缸体最佳的分型面是对称水平分型，采用水 平造型、合箱和浇注。模具上、下模样如图2所示，上 下铸型采用三个定位销定位，减少铸型尺寸偏差。为 防止合箱过程中发生碰撞，在上下铸型合箱时增加两 个导向销。在型板的四个角增加5 mm的砂箱垫铁，便 于合箱时上下铸型之间软接触，避免上下砂箱之间硬 接触，导致锁箱不紧浇注过程产生跑火现象。工艺简 图如图3所示。
产品的表面质量很差，产品在使用过程中这些缺陷将 逐渐脱落，严重污染气腔的气体和水腔的循环冷却水， 从而影响产品的使用性能。图10是我厂生产的缸体内 腔图片，内腔没有脉纹缺陷，铸件表面质量非常好。 彻底解决了产品在使用过程中存在的质量问题。经客 户加工验证，缸体质量符合图纸要求和使用性能要求。
图9 原缸体铸件 Fig. 9 Original cylinder casting
of scrap pipe
孕育。铁液上升到冒口位置时应降低浇注速度，同时停 止随流孕育，至浇满冒口后停止浇注。浇注开始必须注 意点火排气，以降低型内气体压力，同时防止跑火。
4 铸件质量检验结果
经过去应力热处理和清理打磨，产品进行了性能 检测和尺寸检测，都满足产品要求。由于事先工艺设 计考虑细致和生产准备充分，采取的措施落实有效， 解决了缸体气腔和水腔粘砂无法清理的质量问题，缸 体整体质量得到了很大的提高，铸件外观如图8所示。 图9是客户提供的原缸体铸件图片，内腔脉纹非常严 重，由于内腔无法采用工具进行清理去除脉纹，导致
sand
1 压缩机缸体铸件简介
压缩机缸体是由两层圆环组成的大型压力容器， 铸件质量要求较高，缸体的缸径不允许有疏松、夹砂、 气孔、粘砂等铸造缺陷，其他部位不允许焊补修复； 缸体的水腔需通过4 MPa的压力测试，缸体的气腔需通 过压缩机最大允许工作压力测试。生产的压缩机缸体 铸件的轮廓尺寸为：1 457 mm×816 mm×816 mm，材 质采用ASTM A278标准中的M-40，相当于中国牌号
图8 产品外观图片 Fig. 8 Photo showing the appearance of part
图10 现在生产的缸体铸件 Fig. 10 Cylinder after improvement
（编辑：刘冬梅，ldm＠）
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压缩机缸体的铸造工艺
张证
（慈溪市汇丽机电有限公司，浙江慈溪 315333）
摘要：通过对压缩机缸体铸件结构的分析，进行了合理的工艺设计，并通过加强生产过程控制，解决了生产过程中出
现的粘砂和疏松等质量问题，生产出合格的铸件，为类似缸体的铸造提供了技术支持和成功经验。
图4 气腔砂芯图 Fig. 4 Sand core of gas cavity
图5 水腔砂芯图 Fig. 5 Sand core of water cavity
3.2 合箱及下芯过程 在摆放铸型下箱时事先在地面上平铺一层松软旧
砂，并勾划出排气凹槽，可以防止铸型被地面顶坏， 也可以保证浇注过程中底部排气通畅。还能防止浇注 过程中铁液飞溅。整个装配过程所有砂型和芯子必须 在造型2 h后才能涂刷涂料，涂刷涂料之前对型芯进行 检查和修补，将浮砂吹干净，同时用石棉绳将砂芯的 排气通道封堵，防止涂刷涂料过程中涂料进入，堵塞 通道。为防止烘干过程中砂芯变形，要注意摆放位置。 为防止粘砂，所有砂芯全部用醇基锆英粉涂料。由于 砂芯芯头很小，无法支撑砂芯重量和承受浇注过程铁 液的冲击，采用灰铁芯撑来支撑砂芯，芯撑的尺寸可经 过多次试验来确定，确保芯撑在充型过程中不会熔化， 在凝固过程中部分熔化。将芯撑固定在砂芯或者铸型 上，防止在合箱和浇注过程中芯撑移动导致产品报废。
下芯前用相应的砂芯检具检测砂芯尺寸是否发生 变形，砂芯装配好后必须用检具检测装配尺寸是否符 合要求。由于砂芯数量比较多，形状比较复杂，下芯 顺序要考虑周全，尤其是下箱的气腔砂芯和水腔砂芯 须先组合后才能不发生干涉。为此，在实际生产前采 用计算机模拟砂芯装配过程可以起到很好的指导作用。 所有砂芯，尤其是气腔和水腔砂芯在流涂完成后必须 用烘烤的方式检测砂芯的排气通道是否顺畅，如果有 漏气的地方必须进行修补，确保排气顺畅才能验收合 格。合箱的关键环节是必须将缸径砂芯的两端芯头密 封好，防止浇注过程中铁液钻入砂芯钢管导致产品报 废。另外一个关键环节就是气腔和水腔砂芯的排气通 道在装配砂芯过程中采用铁屑管连接并引出到铸型外 面，使浇注过程中砂芯产生的气体能迅速排出铸型。 铁屑管来源很广，有一定的强度和可塑性，是很好的 排气通道材料，如图6和图7所示。 3.3 熔炼和浇注过程