6V150型柴油机铝合金机体的铸造

・材料・工艺・设备・

6V150型柴油机铝合金机体的铸造

吉林柴油机厂军代表室　杨德利

【Abstract】T he cylinder block,an i m po rtant component of model6V150D iesel engine,is one of the mo st soph isticated alum inum alloy castings of dom estic D iesel engines up to now in the view of foundry.H ence there should be a consumm ate casting techno logy in o rder to i m p rove quality of casting and reduce scrappage.Based on experience of p roducti on and accep tance inspecti on in sever2 al years,the autho r summ arizes casting p rocess of cylinder block,analyses som e commonly seen casting defects as w ell as causes of them and recomm ends m easures of i m p rovem ent.

【摘要】机体是6V150型柴油机的重要零件,从铸造角度看,该机体是目前国内柴油机最复杂的铝合金铸件之一。为了提高铸件的质量和成品率,必须有完善的铸造工艺。本文根据几年来生产和验收的经验,总结了机体的铸造工艺,对几种常见的铸造缺陷及产生的原因进行了分析,并提出了改进的措施。

主题词:柴油机　机体　铸造　铝合金

Top ic words:D iesel eng i ne,Cyl i nder block,Foundry,A lu m i nu m a lloy

1　前　言

6V150型柴油机是80年代设计的四冲程、高速、水冷、直喷式、220k W的柴油机。该柴油机所用的机体是隧道式连身机体,它是将柴油机上曲轴箱、下曲轴箱、气缸体、飞轮壳及变速器联合成整体。另外,机体上的机油道和水道都采用内油道和内水道结构。该机体形状复杂,受力较大,因而要求机体具有较高的强度和刚度,其结构见图1。

该机体结构紧凑,机加工较方便,但其铸造工艺复杂。该机体轮廓尺寸为666×699×697mm,毛坯重180kg。铸件壁厚差较大,一般壁厚为10mm,上平面壁厚为12mm、水道处壁厚为7mm、油道处壁厚为8mm、隔板壁厚为16mm,缸体螺孔处壁厚为60 mm,轴瓦孔处壁厚为56mm。该机体铸造需用三开箱、69个型芯及106块冷铁组成铸件的外形和内腔,且内腔成封闭状,不易进行型芯的支撑、定位和排气。由于铝合金的充型时间较长,型芯在铝合金中作用的时间也较长,这就增加了型芯的发气量,使呛火的可能性增加。因此,机体铸造工艺设计、浇、冒口及冷铁设置都比较困难。

铸件要求检查的项目为,每一熔炉分析化学成份,用浇注试样检查其机械性能,见下表。毛坯及加工后的机体都须进行水压试验,水温60～70℃,压力为(3～3.5)×10-1 M Pa,试验时间为5m in。精加工后的机体须进行油压试验,试验用16号坦克机油,油温为60～70℃,压力为(8～10)×10-1M Pa,试验时间为10m in,不允许有渗漏现象产生。

表 铸件机械性能

试样种类

抗拉强度

(M Pa)

延伸率

(%)

硬度

(HB)

附浇①

要求225.4>2.0>70.0实测(平均值)268.13.892.5

解剖

要求176.0>1.7>65.0实测(平均值)240.92.784.9

注:①系一个月的统计数字。

对于用焊接修补的部位,条件也作了严格的规定。其中,曲轴的主轴孔、各传动轴孔、横隔板、水套面等均不允许补焊。

图1　机体构造简图

2　铸造工艺

2.1　浇注位置和分型面的选择

参照砂型铸造工艺有关规定和铝合金体积收缩大的特性,为保证铸件的顺序凝固,并得到冒口的充分补缩,厚大部位应尽量放在上面。为保证铸件的质量,重要的加工面和精度要求高的非加工面应放在下面或侧面。为便于下芯和下芯检查,宽大的部位应放在上面,窄小的部位应放在底部。从机体的结构看,缸体螺孔处壁最厚,整体尺寸宽大,应置于铸件上部。油底壳部位壁薄,一般尺寸为7～10mm,此部位还有两个相连的水道,紧挨油底壳是平衡轴安装孔,铸造质量要求高,因此,该部位应置于铸件底部。如图2所示,浇铸的铝合金液体从薄的地方流入并沿横隔板上升,最后到达冒口。

由于铸件较高,按机体的浇注位置,上部与两侧外形妨碍起模,因此采用三开箱分型以利起模。但采用三开箱分型应注意,一是中砂箱高度要求准确,并应经常检查砂箱高度和上下两箱套孔的同心度,超差时不能使用。二是造型时合箱要严,以保证铸件高度。

2.2　浇注系统

铝合金有较强的氧化吸气倾向,其浇注系统应有较强的缓冲、稳流和撇渣能力,采用大的浇口杯并在浇注时保证必要的液面高度,可使产生的氧化渣处于液面之上。在不影响流量的情况下,直浇口截面应尽量采用小值,以使浇注过程中充满铝液,防止吸入气体

图2　浇注系统

和减少氧化渣的生成。横浇口采用较大的梯形截面,有利于降低铝液流速,使流动趋向平稳,氧化渣有机会浮在横浇口上面。机体的浇注系统(图2)为底柱开放式的浇注系统,为防止内浇口过热和二次造渣,铸件中部增加了5个内浇口。直浇口2个,浇口面积为39

c m 2。横浇道2个,浇口面积为69c m 2

。内浇

口共11个,浇口面积为47c m 2。

原设计的浇注系统为底层8个内浇口,中层为位置对称的6个内浇口(图2虚线)。但是,在铸件加工以后发现,平衡轴孔(d 96孔)夹渣和疏松比较严重,因该处铸件报废的数量就占废品总数的60%。其主要原因,一是浇注系统缓冲、稳流和撇渣能力差;二是部分内浇口离d 96孔太近而产生过热。针对以上存在问题,对浇注系统进行了如下改进。第一,取消底部的两个内浇口和左侧中层中间的一个内浇口,其余两个内浇口上移,以防止

d 96孔过热,减少水平冲击力,增强向上浮渣

的能力。第二,内浇口与横浇口连接由图3a

所示改为图3b 所示,在左侧的横浇口上部加设一个集渣包,加强横浇口的撇渣能力。第三,在两个直浇口上部加设一道滤网,由原一道滤网增至二道滤网,以过滤合金熔化过程的熔渣及减小铝液的冲力。改进以后的浇注系统彻底解决了d 96孔处的疏松和夹渣等问题,使该处的合格率几乎达到100%。

大中型铝件通常采用底注式浇注系统,其优点是便于缓冲、充型平稳。但底注式的缺点是冒口温度低,对补缩不利。由于机体是在高压釜内浇注,浇注温度为740～755℃,铸件上下壁厚差较大,在上部壁厚处有12个明冒口。因此,在浇注结束时,底部薄的地方很快低于冒口温度,补缩可顺利进行。在其它局部热节处和壁厚处,为促成顺序凝固,共放置106块冷铁。

2.3　对砂芯的处理和要求

机体铸件结构复杂,型腔由69个型芯组成,内腔前后各有一个检查孔,左右两侧各有2～3个检查孔,其余全封闭。由于铸件较大,铝液充型时间较长,许多型芯被铝液所包围,型芯在铝合金长时间的作用下,会产生较多的气体。为解决型芯的排气、定位、支撑和下芯方便等,采取的措施如下。

a .　将内腔的型芯分成三个组合芯,每个组合芯有若干型芯组成,型芯是采用油砂制成的,经烘烤后加工结合面,然后组合粘结、喷刷涂料,再进行第二次烘烤。该油砂由