大缸径柴油机机体大缸芯制芯工艺探讨_伍启华.pdf

铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第3期 热加工115大缸径柴油机机体大缸芯制芯工艺探讨伍启华，王超，陈鹏，齐建，陈国清潍柴动力股份有限公司 山东潍坊 261061摘要：大缸径柴油机机体大缸芯尺寸和重量偏大，选择不同的制芯工艺对生产组织、砂芯质量、铸件质量有不同的影响。介绍了包括分段式手工制芯工艺、整体式手工制芯工艺和机器制芯工艺等3种制芯工艺，总结分析了不同工艺的特点以及应用场景。关键词：大缸径机体；制芯工艺；生产应用1 序言随着经济高速发展，大型船舶远洋需求上升，大型发电设备需求量也越来越多，大缸径柴油机迎来爆发式增长。特别是缸径250mm的柴油机，毛坯重量超过10t，一般情况下，制约大缸径柴油机厂生产发动机产量的瓶颈是大型毛坯生产，因此能够保证机体、曲轴等大型毛坯的供应，成为生产出大型发动机的保障。我公司一款V型大缸径柴油机，机体形成缸孔的大缸芯重量达到1.52t，砂芯轮廓尺寸达到2m2m0.5m。随着工业技术的进步，机体大缸芯制作经过了几种生产工艺的演变，在2000年前后，多采用缸筒和轴承挡部分分段式手工制芯工艺，然后再组芯生产；在2010年左右，随着模具设计、制作技术的飞速发展，一般采用自硬砂整体式手工制芯工艺，模具分上下两层或三层制作，方便填砂；2020年之后，工艺设备已经可以满足大型砂芯制芯要求，一些大型企业开始采用三乙胺冷芯工艺、大型制芯机制作柴油机机体大缸芯，大幅提高了效率，降低了劳动强度1。2 分段式手工制芯工艺2000年之前，柴油机对机体毛坯的尺寸精度要求不高，机体结构相对简单，清理空间相对较大，在制芯装备相对落后的情况下，工艺人员将柴油机机体每缸的大缸芯分成轴承挡芯、缸筒芯、凸轮轴芯及侧边芯等几部分分别制芯，采用手工自硬砂工艺，一般情况下芯盒采用木模的居多，个别效益较好的企业采用铝制芯盒。图1所示分别为轴承挡芯、6 结束语生产厚大断面球墨铸铁件时，采用快速冷却、轻重稀土球化剂复合处理是行之有效的办法。快速冷却加快了凝固速度，缩短凝固时间；重稀土球化剂抗衰退时间长，铁液在3h内凝固，球化率均能稳定在70%以上。生产实践证明，我公司为美国生产的大型球磨机进出料端盖，经过厂家验收，无损检测所有缺陷均未有超过2mm当量，力学性能和金相组织均合格，达到技术要求，得到用户好评。参考文献：1 李弘英，赵成志铸造工艺设计M北京：机械工业出版社，2006.2 中国机械工程学会铸造分会铸造手册（第一卷：铸铁）M3版北京：机械工业出版社，2011.3 柴树繁大断面球铁注塑机压板铸件的生产J现代铸铁，1997（3）：32-35.4 曹伟康，张杰微量铋、锑元素对大断面球墨铸铁的影响J中国铸造装备与技术，2012（6）：24-25.5 许峰，赵红，范希营微量铋锑对大断面球墨铸铁的影响J铸造，1998（3）：20-24.20221226 铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第3期 热加工116a）轴承挡芯制芯 b）缸筒芯制芯 c）凸轮轴芯制芯图1分体式手工制芯工艺a）组芯现场 b）组芯工艺 图2组芯示意缸筒芯、凸轮轴芯分体式手工制芯工艺。大缸芯分成多颗后，重量、体积相对变小，便于翻转转运、上涂料。制芯时方便布置冷铁、放置排气绳2，3。制芯后单个芯手工刷醇基涂料，然后点燃表面烘干，再转运至研箱区域，将缸筒芯和轴承挡芯组装在一起，如图2所示。体式手工制芯工艺流程。a）填砂前冷铁 b）一层填砂 c）二层填砂 图4砂芯刷涂料d）完成填砂 e）完整砂芯图3整体式手工制芯工艺流程3 整体式手工制芯工艺随着产品要求的提高，对铸件尺寸精度和内腔清洁度的要求也在不断提高，催生了模具制作技术不断发展。一是铝制模具代替木制模具，铝制模具具有木制模具重量轻的特点，同时兼顾强度要求，模具长期放置不变形，不受环境温度、湿度的影响；二是模具加工技术的不断提升，减少了人工打磨模具的工序，一方面大多数的模具边角可通过加工中心实现，另一方面高速铣床的出现减少了模具表面抛光工序4。随着铝制模具在大缸径机体铸件生产中的应用，开发出整体制芯工艺，即大缸芯的缸筒和轴承挡不再分开制芯，但仍然采用手工自硬砂工艺。大缸芯整体制芯模具一般分成两层开合模，方便填砂，制芯时先将模具下半部分紧固，充填紧实后再将模具上半部分紧固，人工填砂。图3所示为整整体式手工制芯工艺保留了自硬砂工艺的优点，兼顾了砂芯尺寸精度。整体式手工制芯后，砂芯转运至合箱区域，人工刷醇基涂料（见图4），然后点燃表面烘干，砂芯直接用于下芯组芯，可减小缸筒、轴承挡多次组装造成的尺寸累积偏差。4 机器制芯工艺自硬砂制芯工艺有其优点，制芯非常灵活，但其缺点同样明显，制芯时间一般在46h，制芯周期长，人工填砂，操作者劳动强度大。随着社会发铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第3期 热加工117展，以人为本的理念贯穿到工厂设计当中，为了满足降低劳动强度、改善工作环境、提升生产效率的需求，随之出现了大型制芯机生产大缸径柴油发动机机体砂芯的工艺。机器制芯工艺：采用三乙胺冷芯工艺代替自硬砂工艺，实现大型机器制芯；采用大型桁架机械手自动浸涂砂芯工艺代替手工刷涂工艺。为满足生产需求，我公司新增1台射砂量2500L的冷芯制芯机，射砂面积2500mm2500mm，用于制作大型机体大缸芯，实现了整体制芯；制芯后采用3.5t大型桁架机械手自动取芯，进入修芯、组芯平台，需要人工修芯，人工组装冷铁芯以及无法开模的小砂芯；使用桁架机械手浸涂水基涂料，然后进窑烘干。机器制芯工艺流程如图5所示。不高、结构相对复杂的铸件产品。2）整体式手工制芯工艺适用于投资小、有一定产量的铸件产品。3）机器制芯工艺适用于投资大、产量大、结构相对简单的铸件产品。6 结束语综上所述，3种制芯工艺各具优缺点，工艺设计时应针对不同铸件结构和质量要求，结合现场生产条件和制造成本，选择最优工艺。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，1998.2 臧加伦，刘庆义，秦鹏，等大型柴油机机体大缸芯制芯工艺的探究J中国铸造装备与技术，2020，55（6）：92-94.3 何春华，林海强，崔炜，等大型铸件砂芯的排气措施J铸造，2013，62（1）：73-75.4 柳百成，黄天佑中国材料工程大典（第18卷）：材料铸造成形工程M北京：化学工业出版社，2005.20230108 a）冷铁布置 b）机器制芯 c）砂芯修补与组芯 d）自动浸涂 e）砂芯烘干 图5机器制芯工艺流程砂芯烘干后直接用于下芯组芯，制芯浸涂料工序生产效率大幅提升，砂芯尺寸精度提升一个等级，铸件内腔清洁度得到保障。5 制芯工艺综合对比分段式手工制芯工艺、整体式手工制芯工艺和机器制芯工艺各具优缺点，是不同时代的铸件生产方式，有不同的应用场景，其工艺特点、综合应用效果对比情况分别见表1、表2。从3种工艺对比看出，其适宜的应用产品如下。1）分段式手工制芯工艺应用于量小、尺寸要求表13种工艺特点对比制芯方式工艺冷铁放置排气绳布置上涂料砂芯披缝内腔粘砂分段式手工制芯碱酚醛/呋喃树脂自硬砂容易容易困难（人工翻转刷涂）较多高整体式手工制芯碱酚醛/呋喃树脂自硬砂相对容易相对容易最困难（砂芯大，人工翻转刷涂）少较高机器制芯三乙胺冷芯树脂砂困难（上侧难放置，需组装）无法布置容易（设备自动浸涂）少低表23种工艺综合效果对比制芯方式铸件尺寸精度 内腔质量生产效率 劳动强度分段式手工制芯低差低高整体式手工制芯较高较好低高机器制芯高好高低