姬愛(ài)青 馬素娟 邢 偉 劉繼波 譚傳寶 劉 斌

(濰柴重機(jī)股份有限公司，山東261108)

機(jī)體(灰鑄鐵)鑄造工藝設(shè)計(jì)主要包括鑄件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析、鑄造工藝方案編制、鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、砂芯設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、鑄造工藝圖繪制等。下面結(jié)合我廠生產(chǎn)實(shí)際，介紹一下各階段主要內(nèi)容及注意事項(xiàng)。

1 鑄件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析

現(xiàn)在我廠的鑄造工藝性分析主要在設(shè)計(jì)過(guò)程中穿插進(jìn)行，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中共進(jìn)行兩次鑄造工藝性審查，分別在概念設(shè)計(jì)完成后和布置設(shè)計(jì)完成后，由鑄造工藝人員對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行鑄造工藝性審查，出具工藝審查報(bào)告，設(shè)計(jì)人員根據(jù)審查報(bào)告修改設(shè)計(jì)模型，并組織進(jìn)行設(shè)計(jì)模型評(píng)審，根據(jù)評(píng)審優(yōu)化模型輸出最終設(shè)計(jì)模型。

下面以某12M33機(jī)體裂紋問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。

缺陷特征：12M33機(jī)體毛坯樣試期間出現(xiàn)裂紋缺陷，主要出現(xiàn)在缸孔之間的串水孔頂部圓角處，裂紋從圓角處產(chǎn)生，沿缸孔中心方向向上延伸，長(zhǎng)度有5～60 mm不等，裂口的內(nèi)壁呈黑的氧化色，表面不光滑，如圖1所示。

原因分析：12M33機(jī)體缸孔之間的串水孔處缸壁兩側(cè)厚大，中間薄，成啞鈴狀結(jié)構(gòu)，如圖2所示。凝固過(guò)程中，溫差較大，中間壁薄位置先凝固，兩側(cè)厚大部位后凝固產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，將中間薄壁位置拉裂。

解決措施：分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要進(jìn)行了一些修改，如圖3所示。

(a)機(jī)體裂紋位置(b)機(jī)體裂紋形態(tài)圖1 機(jī)體裂紋示意圖Figure 1 Schematic diagram of body crack

圖2 機(jī)體結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Structure sketch of the body

圖3 機(jī)體結(jié)構(gòu)改進(jìn)后示意圖Figure 3 Structure sketch of the body after improvement

驗(yàn)證效果：修改大缸芯冷芯盒，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，徹底解決了缸孔串水孔裂紋缺陷。

2 鑄造工藝方案編制

我廠有專(zhuān)門(mén)的工藝方案編制企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中最主要兩項(xiàng)是工藝路線及工藝設(shè)計(jì)原則和鑄造工藝設(shè)計(jì)。

2.1 工藝路線及工藝設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)原則：盡量使用車(chē)間現(xiàn)有制芯、造型、清理等設(shè)備資源。

工藝路線：目前我公司各系列高速機(jī)體主要在鑄鍛公司自動(dòng)造型線生產(chǎn)；中速機(jī)系列機(jī)體在濱海鑄造廠機(jī)體線生產(chǎn)；博杜安、200、250等系列機(jī)體在濱海鑄造廠地面研箱生產(chǎn)。

2.2 鑄造工藝設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)外鑄鐵機(jī)體特別是中小型直列機(jī)體主要生產(chǎn)工藝為水平分型，適合在自動(dòng)造型線上大批量流水生產(chǎn)。例如濰柴鑄造工業(yè)園機(jī)體鑄造，全部為造型線生產(chǎn)，主體芯使用西班牙Loramendi110L制芯中心生產(chǎn)，采用ABB機(jī)器人進(jìn)行取芯、組芯和整體浸涂，采用熱風(fēng)水冷沖天爐與保溫電爐雙聯(lián)熔煉工藝，清理流水線采用全自動(dòng)時(shí)效處理、自動(dòng)四面磨削、振擊除芯、機(jī)械手拋丸等先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備。大型及V型機(jī)體生產(chǎn)工藝以立澆為多，造型、制芯主要為手工。

2.3 樣件開(kāi)發(fā)工藝方案

下面以藍(lán)擎機(jī)體樣件開(kāi)發(fā)工藝方案——水套、水腔通道芯制芯。

水套、水腔通道芯基本情況：藍(lán)擎機(jī)體產(chǎn)品最初設(shè)計(jì)時(shí)水套、水腔通道芯為整體砂芯，見(jiàn)圖4。鑄造制芯工藝選用鉻礦砂熱芯盒制芯，設(shè)備采用TF48射芯機(jī)。制定砂芯制芯工藝方案時(shí)考慮到砂芯整體制芯出模難度較大，最后設(shè)計(jì)了整體制芯和分體制芯兩套方案。

圖4 水道、水腔通道芯結(jié)構(gòu)示意圖Figure 4 Channel core structure of waterway and water cavity

工藝驗(yàn)證情況：工藝驗(yàn)證時(shí)，整體芯芯盒多次反復(fù)修改，仍制不出完整砂芯。鑄件最后使用分體砂芯產(chǎn)出，保證了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

綜上，鑄造工藝方案的制定既要?jiǎng)?chuàng)造條件采用先進(jìn)的造型、制芯方法，又要結(jié)合實(shí)際。

3 鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括鑄造收縮率、加工余量、起模斜度、工藝補(bǔ)正量、分型負(fù)數(shù)、反變形量等，其中最重要的參數(shù)是鑄造收縮率和加工余量。

3.1 鑄造收縮率

不同的造型/制芯材料，鑄造收縮率存在較大差異。如CW200機(jī)體在濰柴使用酸性呋喃樹(shù)脂砂生產(chǎn)，鑄造收縮率長(zhǎng)度方向?yàn)?.8%，該工藝轉(zhuǎn)移到濱海鑄造使用堿性樹(shù)脂砂工藝生產(chǎn)后，測(cè)量毛坯長(zhǎng)度約為1771～1773 mm(毛坯理論尺寸1780 mm)，鑄造收縮率在1.15%左右。

結(jié)構(gòu)不同，鑄造收縮率也不同。如機(jī)體瓦口和缸筒處，凝固過(guò)程中瓦口在機(jī)體長(zhǎng)度方向受到厚大砂芯阻礙，收縮率差距就很大。

目前正在借助三維掃描工具，探索堿性樹(shù)脂砂工藝生產(chǎn)不同類(lèi)型機(jī)體及機(jī)體不同部位的鑄造收縮率。

3.2 加工余量

一般來(lái)說(shuō)，造型流水線比地面手工造型生產(chǎn)的加工余量要小，鑄件澆注上平面比下平面和側(cè)面的加工余量要大。如我廠各類(lèi)高速機(jī)體WP7、WP10、WP12加工余量一般為4～5 mm，博杜安機(jī)體加工余量5～6 mm，250機(jī)體加工余量10 mm。

3.3 砂芯設(shè)計(jì)

砂芯設(shè)計(jì)主要是砂芯的固定和定位，即芯頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、芯頭的尺寸和間隙、芯撐和芯骨、砂芯的排氣。

芯頭設(shè)計(jì)對(duì)鑄件清理有影響。

(a)12M33機(jī)體(b)M55機(jī)體圖5 兩種機(jī)體不同芯頭結(jié)構(gòu)示意圖Figure 5 Different core head structures of two kinds of body

圖6 16M33機(jī)體澆注系統(tǒng)示意圖Figure 6 Diagram of the 16M33 body casting system

圖5給出了12M33和M55機(jī)體芯頭結(jié)構(gòu)示意圖。12M33機(jī)體大缸芯芯頭與外模配合位置設(shè)計(jì)在機(jī)體下平面內(nèi)側(cè)邊，形成的披縫在鑄件粗清時(shí)易出現(xiàn)帶肉缺陷。M55機(jī)體砂芯設(shè)計(jì)時(shí)將大缸芯芯頭外移，消除粗清披縫時(shí)帶來(lái)的損傷隱患。

4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前中小型臥澆機(jī)體，主要采用的澆注系統(tǒng)為中注式或階梯式(中注加底注)澆注系統(tǒng)，立澆機(jī)體特別是大型立澆機(jī)體主要采用的澆注系統(tǒng)為雙側(cè)底注式。

博杜安16M33機(jī)體澆注系統(tǒng)(見(jiàn)圖6)基本情況如下：

機(jī)體基本尺寸980 mm×536 mm×426 mm，鑄件重量1500 kg。

采用底注式半封閉式澆注系統(tǒng)。

F直∶F橫∶F內(nèi)=1.13∶1∶1.8。

5 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)排氣系統(tǒng)分類(lèi)。機(jī)體出氣孔主要分為與型腔相通的出氣孔和與砂芯相通的出氣孔兩類(lèi)。

(2)排氣系統(tǒng)面積?！惰T造手冊(cè)》介紹出氣孔根部總截面積最小應(yīng)等于內(nèi)澆道總截面積，有資料介紹型腔排氣面積應(yīng)達(dá)到內(nèi)澆道總面積的1.5～1.8倍。

6 鑄造工藝圖繪制

鑄件工藝圖繪制主要包括：加工余量、局部工藝補(bǔ)正量、分型分芯負(fù)數(shù)等工藝參數(shù)，芯頭結(jié)構(gòu)、砂芯的配合間隙、積砂槽及防壓、分芯線等砂芯設(shè)計(jì)，排氣系統(tǒng)、澆冒口系統(tǒng)環(huán)等，在技術(shù)要求中應(yīng)特別注明鑄件縮尺、涂料工藝及簡(jiǎn)要的鑄件生產(chǎn)工藝流程。我廠制定了專(zhuān)門(mén)的工藝圖繪制企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，作為生產(chǎn)準(zhǔn)備和鑄件工藝驗(yàn)證的依據(jù)。

7 結(jié)論

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證情況，對(duì)灰鐵件機(jī)體鑄造工藝設(shè)計(jì)流程及生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題做了詳細(xì)的論述，類(lèi)似鑄件設(shè)計(jì)時(shí)可規(guī)避此類(lèi)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化鑄造工藝。