朱慶堯,賀 妍（沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司,沈陽(yáng) 110000）

壓氣機(jī)第六～十五級(jí)氣缸鑄造工藝研究

朱慶堯,賀 妍
（沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司,沈陽(yáng) 110000）

摘 要：介紹了重型燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)第六～十五級(jí)氣缸鑄件的生產(chǎn)工藝，分析了鑄件生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，利用Pro-cast數(shù)值模擬仿真軟件對(duì)工藝方案進(jìn)行了模擬，通過(guò)采取合理的工藝措施，成功完成了鑄件的生產(chǎn)任務(wù)并一次交檢合格。

關(guān)鍵詞：重型燃?xì)廨啓C(jī);壓氣機(jī)；馬氏體不銹鋼；鑄造工藝

壓氣機(jī)是重型燃?xì)廨啓C(jī)的核心鑄件，燃?xì)廨啓C(jī)是大功率、高性能的動(dòng)力機(jī)械，廣泛應(yīng)用于發(fā)電、船舶動(dòng)力、機(jī)械驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。有著功率密度極大、啟動(dòng)速度快等特點(diǎn)，它集中了機(jī)械制造行業(yè)所有高精尖技術(shù)，被稱為裝備制造業(yè)皇冠上的明珠。重型燃?xì)廨啓C(jī)的制造水平是一個(gè)國(guó)家科技水平、軍事實(shí)力、綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一，是關(guān)系到國(guó)家能源和國(guó)防建設(shè)的重要產(chǎn)業(yè)。世界上只有美、英、俄、法、德、日本等幾個(gè)少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家具備獨(dú)立研制燃?xì)廨啓C(jī)的能力，其核心技術(shù)一直被這些國(guó)家所壟斷。該項(xiàng)目是為了打破少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)封鎖，打造自主知識(shí)品牌的國(guó)家科技部“863”項(xiàng)目。壓氣機(jī)第六～十五級(jí)氣缸鑄件是壓氣機(jī)部件中整體鑄造、整體加工的重要部件，產(chǎn)品質(zhì)量直接影響整個(gè)機(jī)組的可靠性、安全性。

壓氣機(jī)第六～十五級(jí)氣缸為ZG06C r16Ni5Mo馬氏體不銹鋼鑄件，屬于超高附加值類鑄件，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度極大。分為上、下半缸，為半圓結(jié)構(gòu)鑄件，全高1400mm，最大外徑4500mm，鑄件毛坯重量約為14Τ，最大壁厚220mm，最小壁厚50mm，壁厚差異大，局部熱節(jié)多。未注明的鑄件一般尺寸公差12級(jí)，非加工表面粗糙度≤12.5，鑄件100%進(jìn)行MΤ、UΤ探傷檢查，MΤ探傷及質(zhì)量分級(jí)方法按JB/Τ9630.1-1999，（1）區(qū)機(jī)械加工表面的質(zhì)量等級(jí)為1級(jí)，其余機(jī)械加工表面的質(zhì)量等級(jí)為2級(jí)，（2）區(qū)鑄造表面的質(zhì)量等級(jí)為3級(jí)，其余所有鑄造表面的質(zhì)量等級(jí)均為4級(jí)。UΤ探傷及質(zhì)量分級(jí)方法JB/ Τ9630.2-1999，（3）區(qū)的質(zhì)量等級(jí)均為2級(jí)，吊耳座和吊耳座根部檢查的質(zhì)量等級(jí)均為1級(jí)，其它部位的質(zhì)量等級(jí)均為3級(jí)。

1 制造關(guān)鍵點(diǎn)分析

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)條件分析，該產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)如下：

（1）鑄件整體內(nèi)在質(zhì)量，特別是吊耳座及吊耳座根部的UΤ檢測(cè)滿足1級(jí)要求。

（2）鑄件整體表面質(zhì)量，特別是機(jī)械加工（1）區(qū)域的MΤ檢測(cè)滿足1級(jí)要求。

（3）部分無(wú)法利用冒口補(bǔ)縮區(qū)域如何達(dá)到UΤ檢測(cè)要求。

（4）鑄件尺寸較大，各部分受阻趨勢(shì)不一致，非加工面如Φ2300 +0-5 容易超差。

（5）十級(jí)放氣活門、吊耳座型芯的固定。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 鑄件的工藝性分析

從氣缸鑄件的幾何結(jié)構(gòu)看，鑄件厚大熱節(jié)處很多，鋼液從凝固到冷卻過(guò)程中將產(chǎn)生很大的收縮、內(nèi)應(yīng)力和組織變化，極易出現(xiàn)變形、縮孔、縮松等缺陷，壁厚差異大且不規(guī)律，易產(chǎn)生粘砂、裂紋等缺陷。根據(jù)內(nèi)在質(zhì)量要求嚴(yán)和鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鑄件的凝固順序確定為順序凝固。

2.2 澆注位置、分型面

從有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固、充型平穩(wěn)、提高生產(chǎn)效率等因素綜合考慮，鑄件的澆注位置確定為Φ2800法蘭向上，分型面在Φ4500法蘭下端面。

2.3 澆注系統(tǒng)

為保證砂型不局部過(guò)熱、充型平穩(wěn)、降低鋼液沖刷力、提高冒口補(bǔ)縮效率，鑄件采用階梯式底注的澆注系統(tǒng)，直澆道為Φ120mm，第一層內(nèi)澆道從Φ4500邊暗冒口處進(jìn)入、4道Φ80mm，第二層從環(huán)形通腔下端面邊暗冒口處進(jìn)入、2道Φ100mm，第三層從明冒口頂面以下450mm處進(jìn)入，2道Φ100mm。

根據(jù)t=G/nq，V=H/t計(jì)算得出鋼液上升速度為15.7mm/s，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和鑄造手冊(cè)對(duì)于上升速度的要求，確定該澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的。

2.4 收縮率

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材質(zhì)，工藝設(shè)計(jì)為軸向線收縮率1.8%，徑向線收縮率1.5%。

2.5 工藝方案

鑄件生產(chǎn)造型方式為地坑組芯造型，2個(gè)芯頭實(shí)樣，10個(gè)芯盒。其中1、4、6號(hào)1/2芯盒，10號(hào)芯盒做2個(gè)。

3 質(zhì)保措施

（1）由于鑄件輪廓尺寸較大加之組芯造型外皮邊芯頭較大，芯盒輪廓尺寸將達(dá)到6m左右，為保證型芯尺寸精度，利用槽鋼焊制底板骨架以保證模型的強(qiáng)度、平整度。

（2）為保證型芯不變形、不開(kāi)裂、不影響鑄件質(zhì)量，芯骨均隨型研制，特別是4號(hào)芯芯骨斷面尺寸達(dá)到Φ80mm，利用加熱研制，以保證4號(hào)芯的強(qiáng)度。

（3）采用電弧爐+VOD雙聯(lián)熔煉的方案，VOD精煉由于惰性氣體氬氣的保護(hù)，可以減輕鋼液的二次氧化。并且降低鋼水中氣體和非金屬夾雜物的含量，氫可脫除15～40%，非金屬夾雜物可減少50%。以保證鋼液的純凈度和鑄件的性能。

（4）型砂采用先進(jìn)的酯硬化堿酚醛樹(shù)脂自硬砂，以保證型芯尺寸精度、鑄件表面質(zhì)量、降低鑄件產(chǎn)生皮下氣孔的傾向。

（5）為保證吊耳座部分UΤ探傷滿足一級(jí)要求，采用內(nèi)、外冷鐵，鉻鐵礦砂激冷的方式保證組織致密。

（6）在4、6號(hào)芯內(nèi)預(yù)留焊點(diǎn)，將1/2外型型芯變?yōu)檎w芯，以保證型芯不下沉、變形，同時(shí)保證Φ372孔芯不被壓壞。降低了型芯重量、組芯操作難度。

（7）通過(guò)Procast數(shù)值模擬仿真軟件對(duì)工藝方案進(jìn)行反復(fù)推演，通過(guò)對(duì)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和微觀結(jié)構(gòu)的分析和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行反復(fù)修改，確定出最優(yōu)工藝方案。

4 結(jié)語(yǔ)

我公司歷時(shí)5個(gè)月成功完成了重型燃?xì)廨啓C(jī)氣缸鑄件粗加工狀態(tài)交付的生產(chǎn)任務(wù)，在解決了一系列的技術(shù)難題后，產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全滿足客戶要求，鑄件一次交檢合格。為生產(chǎn)高端鑄件積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，得到了用戶的高度肯定和贊揚(yáng),為后續(xù)生產(chǎn)更多高附加值鑄件奠定了良好的基礎(chǔ)。

對(duì)我國(guó)泵行業(yè)來(lái)說(shuō),雖然隨著水泵制造技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的不斷提高，無(wú)論從產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但高端市場(chǎng)的需求還是得不到滿足，特別是這種材質(zhì)為ZG0Cr19Ni9的250CL-5型電動(dòng)凝水泵的生產(chǎn)還尚屬首次。

據(jù)我們所了解的情況國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的電動(dòng)凝水泵已經(jīng)有了成熟的制造技術(shù)，但無(wú)具體研究報(bào)告的報(bào)道。