肖建忠

摘 要：壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力各部門，其質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為此，從組成壓縮機(jī)的零部件方面著手，分析與研究氣缸套、活塞、氣缸等的鑄造工藝，以求生產(chǎn)出合格的壓縮機(jī)，為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：氣缸套；活塞；氣缸；鑄造工藝

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3198（2015）14-0216-02

隨著石油、化工的高速發(fā)展，壓力能的應(yīng)用日趨廣泛，使得壓縮機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一，在我國(guó)工廠、礦山的壓縮空氣生產(chǎn)車間大多采用往復(fù)活塞式壓縮機(jī)。而往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是由機(jī)體、氣缸、活塞等零部件有機(jī)組成的，任何一零部件質(zhì)量的好壞都將對(duì)壓縮空氣的供應(yīng)和設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著決定性的作用。下面從氣缸套、活塞、氣缸的鑄造工藝出發(fā)，分析與研究現(xiàn)行鑄造工藝產(chǎn)生缺陷的原因，提出解決的途徑，以求生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 氣缸套鑄造工藝分析與研究

國(guó)產(chǎn)系列壓縮機(jī)從50～170系列均采用氣缸套結(jié)構(gòu)。一方面氣缸套與活塞、汽閥等形成可以變化的工作容積，完成氣體的剩氣膨脹、吸氣、壓縮和排氣過程。另一方面它還對(duì)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用。所以氣缸套是壓縮機(jī)上的一個(gè)重要零件。

氣缸套采用的材質(zhì)為QT700-2，缸套鏡面不允許有任何鑄造缺陷，缸套平均壁厚為20mm，其內(nèi)徑從45mm到800mm，長(zhǎng)度從300到1000mm，水壓試驗(yàn)壓力0.6MPa，保壓30min，不允許滲漏。

1.1 現(xiàn)行工藝方案在生產(chǎn)過程中存在的問題

氣缸套的澆注系統(tǒng)是頂雨淋澆注系統(tǒng)，干型澆注，由于采用樹脂砂工藝生產(chǎn)，該澆注系統(tǒng)仍然沿用，加工后發(fā)現(xiàn)氣缸套存在鏡面縮松以及密封止口平面處縮松等缺陷。

1.2 原因分析

目前的球墨鑄鐵凝固理論認(rèn)為，球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變需要在一個(gè)較大的溫度區(qū)間內(nèi)才能完成，凝固過程中存在相當(dāng)寬的固液兩相區(qū)，在共晶凝固的中后期共晶團(tuán)之間會(huì)包含有少量的殘余液體，當(dāng)這些殘余液體進(jìn)一步凝固時(shí)，便會(huì)形成微小的間隙，即“晶間縮松”，由于球墨鑄鐵是糊狀凝固，故凝固后期的晶間微小間隙得不到外來(lái)液體的補(bǔ)縮，極易形成晶間縮松，同時(shí)由于樹脂砂的保溫性能好，延長(zhǎng)了球墨鑄鐵鐵液的凝固速度，不能縮小共晶轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間。

1.3 采取的措施

（1）保證鑄型的緊實(shí)度，球墨鑄鐵在凝固過程中也有有利因素，即石墨球的長(zhǎng)大，形成石墨化膨脹，膨脹力通過不太結(jié)實(shí)的外殼作用在鑄型上，如果鑄型剛度大于膨脹力就能束縛石墨化膨脹，這不僅限制了鑄件的尺寸變大，還使共晶團(tuán)更加致密，從而減小乃至消除晶間縮松。

（2）采用金屬型覆砂工藝，降低樹脂砂的保溫性能，縮小球墨鑄鐵晶間轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間，實(shí)現(xiàn)鑄件收縮和膨脹完全疊加。

（3）密封止口處是氣缸套的熱帶，采用外冷鐵，減小熱節(jié)。

采取上述措施后，生產(chǎn)了各種規(guī)格的氣缸套共60件，其中氣缸套鏡面有縮松缺陷共6件，取得顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

2 活塞鑄造工藝分析與研究

活塞組與汽閥、氣缸等組成一個(gè)可變的工作容積，隨著活塞組不斷地往復(fù)運(yùn)動(dòng)將使工作容積發(fā)生周期變化，以完成對(duì)工質(zhì)氣體的剩氣膨脹、吸氣、壓縮和排氣過程。所以活塞組是壓縮機(jī)上的一個(gè)重要零件。

活塞是一密閉的空心圓柱體，只在活塞的上、下面各留存四個(gè)直徑為38mm的出砂孔。鑄件材質(zhì)為HT250，重325kg，不允許焊接和修補(bǔ)，且在0.6MPa壓力下做水壓試驗(yàn)，歷時(shí)30min不得滲漏，還要求在圓柱面上不得有裂紋或孔洞。頂面硬度197-241HB。

2.1 現(xiàn)行工藝方案及試制過程中存在的問題

在試制初期采用的工藝方案是：泥芯采用樹脂砂制芯，兩芯組合后下芯，從小芯頭中預(yù)留孔來(lái)排氣，采用朝上排氣，澆注系統(tǒng)用頂注式樹脂砂外型。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

（1）小芯頭易損壞。

（2）鑄件澆注過程中易嗆火。

（3）鑄件中心孔上部加工后經(jīng)常出現(xiàn)縮孔和縮松缺陷。

2.2 原因分析及采取的措施

針對(duì)生產(chǎn)中的問題進(jìn)行分析，其主要原因如下：

（1）小芯頭在制芯過程中要緊實(shí)，且需放入鐵釘以增加強(qiáng)度。由于未緊實(shí)或強(qiáng)度不夠則會(huì)受損。

（2）易嗆火則表明泥芯排氣不暢或排氣通道在高溫下受到破壞，鐵水進(jìn)入排氣通道，堵死氣眼。要保證排氣通暢以及采用新型材料形成排氣通道，從而保護(hù)排氣通暢。

（3）中心孔上部加工后常出現(xiàn)縮孔和縮松缺陷，其原因是該處為熱節(jié)，采取冷鐵和冒口工藝，經(jīng)過鑄鐵CAE模擬演示以及生產(chǎn)驗(yàn)證，該措施是有效的。

使用改進(jìn)后的鑄造工藝生產(chǎn)活塞6件，金加工后未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷。

3 氣缸體鑄造工藝分析與研究

氣缸體是壓縮機(jī)產(chǎn)品的主要部件，材質(zhì)為QT400，毛坯重量為6.5T（另外一只為8.5T）。采用立做立澆工藝，底注雨淋澆口，樹脂砂造型，鑄件采用退火消除應(yīng)力，裝爐位置與澆注位置相同，結(jié)果鑄件出現(xiàn)了嚴(yán)重的穿透性裂紋。

3.1 裂紋產(chǎn)生的原因分析

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：氣缸體裂紋的產(chǎn)生，一方面是由于冷卻凝固過程形成較大鑄造應(yīng)力；另一方面是由于退火過程中各部位升溫速度不均形成應(yīng)力；這兩部分應(yīng)力還存在疊加問題，具體分析如下：

（1）鑄件結(jié)構(gòu)壁厚嚴(yán)重不均，下底壁厚106mm，上端面106mm+280mm高的冒口，9只閥孔與缸徑間壁厚為70mm左右，而水道與缸徑間的壁厚只為38mm-44.5mm，雖然在生產(chǎn)中閥孔的上部安放了冷鐵防止產(chǎn)生疏松等缺陷，但在底面厚實(shí)部位與散熱較快的薄壁部位收縮時(shí)間不同，導(dǎo)致鑄件形成較大的內(nèi)應(yīng)力。其中以閥孔底部鑄件中間長(zhǎng)度的氣腔部分殘余應(yīng)力最大。

（2）開箱時(shí)間短，此氣缸開箱時(shí)間為60小時(shí)左右。與常規(guī)氣缸相同，無(wú)形中增加整個(gè)鑄件的內(nèi)應(yīng)力。

（3）鑄件熱處理退火工藝按常規(guī)，導(dǎo)致升溫過程太快造成溫度分布里外不均勻，薄壁部分加熱升溫時(shí)急劇膨脹，冷卻降溫時(shí)該部分又急劇收縮；厚實(shí)部分加熱升溫緩慢，冷卻降溫也緩慢，這樣退火過程中鑄件冷熱不均產(chǎn)生的應(yīng)力就與原來(lái)澆注過程中產(chǎn)生的最大鑄造應(yīng)力相疊加。結(jié)果造成這些部位出現(xiàn)嚴(yán)重的裂紋。

3.2 消除裂紋的措施

為了防止鑄件產(chǎn)生裂紋，應(yīng)從盡量減少鑄造應(yīng)力和各部位受熱均勻兩方面入手。具體方法：

（1）嚴(yán)格控制配料：適當(dāng)提高碳當(dāng)量到4.64，防止疏松、縮松等缺陷。

（2）縮短由于壁厚懸殊造成凝固時(shí)間的先后，在氣道和水道泥芯中壁厚不均勻處均安放冷鐵，冷鐵厚度隨鑄件壁厚而定，35mm-70mm不等，冷鐵間隙15mm-20mm。

（3）氣道芯的兩處方框窗口處加設(shè)加強(qiáng)筋。

（4）增加澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道數(shù)目，同時(shí)加大圓角，以保證澆注過程中熱量分散均勻。

（5）延長(zhǎng)開箱保溫時(shí)間，由原來(lái)的60小時(shí)變成90小時(shí)。

（6）開箱清砂過程中采取措施防止產(chǎn)生裂紋源。

（7）單獨(dú)進(jìn)行退火處理，采取工藝措施，以確保每個(gè)部位受熱均勻，爐內(nèi)溫差不大于±10℃。

（8）控制退火升溫曲線。

經(jīng)過采取上述措施，生產(chǎn)的氣缸體完全消除了裂紋缺陷，并將該經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于類似的8.5T的球鐵氣缸的生產(chǎn)，也成功地解決了此類缺陷，避免了后續(xù)生產(chǎn)的鑄件報(bào)廢造成的較大經(jīng)濟(jì)損失（此次QT件每噸為7800元）。

綜上所述，壓縮機(jī)零部件大都是通過鑄造制造出來(lái)的，只要對(duì)其鑄造工藝多多進(jìn)行分析與研究，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品是不成問題的，那么組裝以后的壓縮機(jī)的質(zhì)量也就能得到保證。