摘要：柴油機是以柴油或劣質燃料油為燃料，壓縮發(fā)火的往復式內燃機，在船用發(fā)動機中，柴油機已經取得了絕對統(tǒng)治地位，因此柴油機鑄件質量的好壞決定了柴油機的使用壽命長短，應用鑄造鋁合金冷硬樹脂砂鑄造工藝，能較大幅度地提高柴油機鑄件的質量，從而提高柴油機的使用壽命。

Abstract： Diesel engine is a reciprocating internal combustion engine with diesel or inferior fuel oil as fuel. In marine engine， diesel engine has obtained absolute dominance. Therefore， the service life of diesel engine is determined by the quality of diesel engine casting. The quality of casting aluminum alloy cold hardening resin sand casting can greatly improve the quality of diesel engine casting， so as to improve the quality of diesel engine casting The service life of diesel engine.

關鍵詞：柴油機;鑄造鋁合金;冷硬樹脂砂

Key words： diesel engine;cast aluminum alloy;cold setting resin sand

中圖分類號：TG24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0092-02

0? 引言

在鑄造生產中，造型材料及工藝的研究是一直是鑄造領域的重點，上世紀八十年代以來，國際上出現(xiàn)了許多新型的冷硬樹脂砂粘結劑，隨之產生了多種冷硬（芯）砂。新的工藝中，鑄型和砂芯能在常溫下硬化，使得傳統(tǒng)的造型工藝發(fā)生了根本的變革，從而取得了巨大的經濟效益，冷硬樹脂砂新工藝的應用也日益廣泛。

我廠對鑄造有色合金冷硬樹脂砂工藝作了較為系統(tǒng)的實驗研究，并在大功率柴油機各種復雜鑄件上得到初步的應用，取得了較好的效果。大功率柴油機是船舶的主要動力來源，它具有經濟性好、功率范圍廣、尺寸小、重量輕、機動性好、可靠性高、壽命長、維修方便等優(yōu)點，因此在船用發(fā)動機中，柴油機已經取得了絕對統(tǒng)治的地位[1]，這對柴油機鑄件的質量提出了更高的要求。下面就鑄造鋁合金冷硬樹脂砂在大功率柴油機鑄件中的應用研究提出一些自己的看法。

1? 鑄造鋁合金冷硬樹脂砂工藝

應用冷硬樹脂砂生產的鑄件具有尺寸精度高、表面光潔度高的特點，可有效地提高復雜型腔鑄件的成品率[2]，同時還有節(jié)能、環(huán)保、降低工人勞動強度的優(yōu)點，目前被廣泛使用中。

1.1 冷硬樹脂砂鑄型

鑄型我們采用冷硬樹脂砂作面砂，而背砂仍使用傳統(tǒng)的粘土砂這樣一種鑄造工藝來制造。實踐證明：面砂的厚度僅需要8～15mm就足夠了。采用這種鑄造工藝既減少了冷硬樹脂砂的配砂量，又節(jié)省了樹脂用量。背砂可以反復利用，減輕了工人的勞動強度，改善了工作條件。

1.2 泥芯的出氣和芯骨

原砂相同時，冷硬樹脂砂的透氣性比油砂高出1.5～3倍，所以，泥芯一般可以不設置出氣孔。對于排氣極為困難的部位，我們使用Ф2-3mm的導火線埋入泥芯中，待泥芯固化后引燃導火線即可在泥芯中留下與導火線同樣直徑的通氣孔。冷硬樹脂砂與油砂相比可以少放或不放芯骨，表1就是使用冷硬樹脂砂工藝后，幾種泥芯芯骨減少情況。

1.3 型砂的脫模時間與強度

脫模時間是指型芯可以從模型或芯盒中取出來，而不至于變形和塌箱的起碼時間。它主要取決于型芯的硬化速度、大小和復雜程度。換句話說它是以型芯達到某一定強度所需要的時間來表示的，對此英國規(guī)定為3.57Kg/cm2，美國規(guī)定為1.4Kg/cm2。根據(jù)我廠試驗的情況看達到1.4Kg/cm2時的時間要長達60分鐘。為了提高生產效率和工裝模具利用率，實際生產中僅用10～20分鐘即行脫模。簡單泥芯脫模時間可以更短些，而且無需采取措施。對于形狀復雜的泥芯，我們采取了墊砂墊塊措施，避免了脫模后由于樹脂砂強度較低而發(fā)生變形、斷裂的可能性。

1.4 芯盒及模具結構

模型的幾何形狀和尺寸必須準確，表面光滑且留有拔模斜度。為了不影響尺寸精度，模型宜做成可拆卸式，芯盒做成脫落式。模具表面最好不刷任何漆，一則避免刷漆不當產生粘模;二則木質表面比刷漆表面易于吸收樹脂砂固化反應的生成水，利于砂芯表面固化。對于金屬模具而言，可配以滑石粉、松子粉等，也不會粘模。

1.5 砂芯的墊塊和墊砂

大功率柴油機鑄件中，很多鑄件的砂芯是長而薄的水夾層泥芯，懸空面積大90%以上。雖然脫模時泥芯已具備一定的強度，但它的固化反應仍處在激烈進行的過程中。如果此時脫模將會導致泥芯變形、開裂。但又不能使用常規(guī)的水砂墊砂，這是因為水基墊砂中的水分將稀釋催化劑，使局部磷酸濃度降低，削弱樹脂的固化反應，還有也是最主要的，墊砂中水分將導致砂芯與外界的濕度差減少，甚至形成負的濕度梯度，嚴重地阻礙了固化反應生成水的排出，從而導致終強度下降。經水基墊砂墊置的冷硬樹脂砂試樣的強度值僅有不墊砂強度的50～60%左右，這樣的強度是遠遠滿足不了生產要求的。經過反復實踐摸索，我們找到了下列三種解決辦法：①對于懸空部位不大，而且形狀較為簡單的砂芯，采用薄膜塑料墊水砂墊置脫模。②對于懸空部位大，且形狀較規(guī)則的泥芯，可采用成型墊塊，有條件地加工成金屬墊塊，也可做成木質的。我們在試生產排氣集管時就說采用的木質墊塊，效果很好。③對于懸空部位大，且形狀不規(guī)則的泥芯，可采用H3PO4墊砂。這種墊砂不用混碾，人工攪拌即可，其配比見表2。

這種墊砂可反復使用，經濟性較好，經墊砂硬化后的泥芯表面強度和光潔度不受影響。

2? 典型柴油機鑄件在生產中的應用

2.1 柴油機進氣連接管

材料為ZL104，毛坯重3.5kg，壁厚4.5mm，法蘭厚15mm，輪廓尺寸為265×195×125mm。這是一種形狀比較簡單的典型小件，毛坯需經水壓試驗不得滲漏。上下兩箱開模，可采用面砂造型新工藝，砂芯取消全部芯骨。生產表明，各道工序正常，鑄件清理容易，表面光潔，尺寸精確。

2.2 柴油機氣缸頭

材質ZL104，毛重91kg，鑄件結構復雜，由大小58個泥芯在鐵套箱內組芯造型，高壓澆注，鑄件需經水壓試驗。其中水腔泥芯是典型的Ⅰ級泥芯，形狀復雜，結構單薄、細長，輪廓尺寸為1480×200×105mm，外形酷似一條完整的大魚刺，只有少數(shù)幾個小芯頭支撐，澆注環(huán)境惡劣，排氣和出砂困難，對泥芯的強度和發(fā)氣性要求都很嚴格。生產中，大小泥芯全部采用冷硬樹脂砂制造，裝箱下芯比油砂順利，容易符合樣板檢查，尺寸精度高。經劃線等各道工序檢查，全部符合圖紙要求。

2.3 柴油機排氣集管

材質ZL104，毛重30kg，輪廓尺寸1510×200×210mm，是一種典型的細長雙層壁厚鑄件，壁厚8mm，經水壓試驗不得滲漏。生產中，形成水腔的泥芯厚度僅有10mm，澆注過程中，除了幾個Ф30mm的芯頭支撐外，其余全部為鋁水包圍，因此對強度、發(fā)氣性要求嚴格，而且出砂性差，屬于Ⅰ級泥芯。生產表明：制芯、組裝、澆注都很順利。鑄件外形和剖面劃線尺寸準確，解決了油砂不易解決的尺寸偏差問題。

2.4 抽氣箱

抽氣箱是外協(xié)件，按照原有生產條件可能會出現(xiàn)兩個問題：一是尺寸精度難以達到圖紙要求。這是因為粘土砂、油砂在造型制芯過程中存在著尺寸的不確定性，壁厚偏差不易保證;二是鑄件表面質量和光潔度達不到要求。因此我們決定采用冷硬樹脂砂組芯造型，配以白色快干擦刷樹脂涂料工藝生產。抽氣箱鑄件材質為ZL104，毛重4kg，主要壁厚4.5mm。為了保證尺寸精度，所有泥芯在芯盒內固化10～20分鐘才脫模。經抽樣劃線檢查，其幾何尺寸、機械性能均符合技術要求。

3? 生產中芯砂配方及配砂工藝

3.1 配方

根據(jù)不同鑄件和泥芯復雜程度，制定出兩種芯砂配方，見表3。

3.2 配砂工藝

①單砂雙混：原砂+磷酸，經過30s變成樹脂，再經過60s出砂。②雙砂三混：原砂+磷酸經過30s和原砂+樹脂經過60s相混合，然后經過60s后出砂。

4? 結論

從生產實踐效果來看，無疑冷硬樹脂砂要比油砂優(yōu)越得多。通過多年的實驗與生產實踐，我們認為冷硬樹脂砂是一項投資少、見效快、經濟效益顯著、實用價值高的新工藝。采用冷硬樹脂砂工藝時，樹脂和硬化劑都在混砂時加入，造型、制芯后，樹脂在硬化劑的催化作用下逐漸發(fā)生交聯(lián)反應而自行硬化，鑄型或芯子也就逐步得到所需的強度。[3]另外，它不受機械化程度高低、企業(yè)規(guī)模大小的限制，比較適用于制造鑄型和較大的芯子，而且多用于小批量的生產，對大功率柴油機鋁合金鑄件來說有以下幾個優(yōu)點：①對于大功率柴油機鑄件特別是復雜水腔芯、薄壁夾層砂和普通泥砂鑄件而言，應用鑄造鋁合金冷硬樹脂砂工藝生產，基本上可以滿足其性能要求。②冷硬樹脂砂強度較高，尤其是表面強度穩(wěn)定，不易掉砂，流動性好，不吸潮。配以白色快干擦刷樹脂涂料，是完全可以獲得尺寸精確、表面光潔的高質量鑄件的。③鄭庵砂品味低，SiO2含量少，氧化雜質多，泥量較高，樹脂加入量需達2.0%，成本較高，若能就近解決高質量原砂需求，每年可節(jié)約大量成本。④配制冷硬樹脂砂需要配備高效的混砂設備，減輕工人勞動強度，這樣一來就可大大降低生產和人工成本，顯著提高企業(yè)經濟效益。

參考文獻：

[1]中國海事服務中心組織編寫.主推進動力裝置[M].大連海事大學出版社，2012：249.

[2]程先軍.鑄造鋁合金冷硬樹脂砂工藝研究[J].武漢船舶職業(yè)技術學院學報，2015（2）：33-35.

[3]鑄造工程師手冊編寫組.鑄造工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003（2）：423.