周文虎

(廣西嘉德機(jī)械股份有限公司，廣西 玉林 537000)

1柴油機(jī)概述

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是以柴油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃機(jī)是自燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分，通常被稱為是內(nèi)燃機(jī)主要發(fā)明者的代表，內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)的空氣溫度被活塞運(yùn)動(dòng)壓得很高，達(dá)到500～700 ℃的高溫，然后燃油以霧狀噴射到高溫空氣中，與高溫空氣形成可燃混合物，可燃混合物自動(dòng)展開。燃燒時(shí)所釋放的能量作用于活塞頂部，活塞受壓，通過連桿和曲軸轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械功。

2試驗(yàn)方法

2.1無冷鐵鑄造工藝澆注系統(tǒng)研究

采用樹脂砂鑄鐵汽缸蓋的無冷鐵鑄造工藝，通過研究鑄造合金的凝固特性和汽缸蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，保證了汽缸蓋的致密性，防止了縮孔、氣孔等鑄造缺陷的產(chǎn)生，采用從汽缸蓋頂部澆注金屬液的方法，保證了型腔的均勻、穩(wěn)定、無沖擊、連續(xù)充填。采用半定量鑄造方法。提出了一種新的低碳合金，該合金充分孕育，采用內(nèi)外冷冰結(jié)合的方法，解決了柴油機(jī)缸蓋長(zhǎng)期漏水的問題，該合金同樣適用于柴油機(jī)缸蓋的鑄造。本文采用頂注的方法對(duì)汽缸蓋上的鐵水進(jìn)行澆注。內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋采用熱態(tài)澆口設(shè)計(jì)，不采用鑄態(tài)冷卻，成品率低。無冷鐵鑄造工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，產(chǎn)量高，提高了鑄件表面質(zhì)量。

從某柴油機(jī)缸體澆注系統(tǒng)的流場(chǎng)分析中可以看出，以澆注系統(tǒng)為尖端時(shí)，鐵水流量具有較長(zhǎng)的穩(wěn)定期，但穩(wěn)定期后充填量變化不大，且后期充填穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)。這樣，在鑄造過程中，只要內(nèi)澆口的位置合理，鐵水不會(huì)分布到型芯上，并且可以直接滲入型芯的底部，鐵水流動(dòng)就會(huì)穩(wěn)定。

直澆道、橫澆道的施工和澆注時(shí)間的計(jì)算，不僅有利于氣體和熔渣的順利排出，而且不會(huì)形成芯部，澆注噴嘴和接頭可以起到泡沫渣作用。上半封閉裂解體系有利于氣體和熔渣在鑄造液中的流動(dòng)。另一個(gè)熱點(diǎn)模塊由鑄件頂面計(jì)算，整個(gè)熱點(diǎn)模塊由缸蓋頂面計(jì)算。內(nèi)澆口位于頂部小熱區(qū)。內(nèi)澆口的設(shè)置應(yīng)保證鐵水不會(huì)損壞型芯，并能平穩(wěn)地充填。

2.2無冷鐵鑄造冒口設(shè)計(jì)研究

頂注雨林半封閉式澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，首先計(jì)算鑄件主體部分的非冷鑄主要熱節(jié)，鑄造頂面兩大熱節(jié)部位設(shè)有保溫冒口，實(shí)現(xiàn)了凝固過程的回縮與排氣，形成了自下而上的溫度梯度，使金屬液最終凝固在冒口處。

首先確定冒口和內(nèi)澆道的位置，計(jì)算熱節(jié)圓直徑D，并在鑄件頂部的兩大熱節(jié)處設(shè)置隔熱層(小熱節(jié)作為內(nèi)澆口)。在上爆面，有2個(gè)尺寸(D+30)mm的保溫冒口。保溫層是25 mm厚，支架是Φ(D-10)mm大小。

3結(jié)果與分析

以實(shí)施案例為例，對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了分析。

某柴油機(jī)汽缸蓋由HT300鑄鐵件組成，每一汽缸蓋2件，上部頂注耐火材料管，2個(gè)隔熱接收器，使機(jī)芯向外通風(fēng)，改善汽缸蓋部件的溫度分布，減少縮徑誤差，采用上部澆鑄系統(tǒng)，從汽缸蓋頂部至頂上裝8處內(nèi)澆口。通過對(duì)缸蓋合金材料凝固特性的分析，結(jié)合缸蓋本身的結(jié)構(gòu)，將2個(gè)Φ(D+30)冒口(80 mm)和(D-10)冒口(40 mm)置于澆注平面的厚部(熱點(diǎn)圓直徑D=50 mm)上(D+30 mm)，既能起到送料作用，又能使型腔內(nèi)的氣體順利排出，還能起到收渣的作用。與此同時(shí)，在頂面放上5根Φ15 mm的出氣棒，以排除型腔氣體。

通過對(duì)圖1中柴油機(jī)缸蓋鑄件系統(tǒng)溫度場(chǎng)的分析，發(fā)現(xiàn)采用上部鑄件系統(tǒng)，鑄件過程溫度迅速降低，約900 ℃；隨著溫度的降低，液相收縮率降低，當(dāng)鑄件成功充型后，縮孔和縮松的形成將變得更加不利。噴射裝置的安裝有利于改善缸蓋內(nèi)部分布，減少縮孔和氣孔缺陷的形成，同時(shí)，從鑄件冒口的溫度分布看，鑄件冒口表面的鐵水溫度高于鑄件內(nèi)部溫度，可提高鑄件的補(bǔ)縮效果。

圖1某型柴油機(jī)缸蓋鑄造澆冒系統(tǒng)溫度場(chǎng)分析

分析結(jié)果：柴油機(jī)缸蓋的鑄造方式采用了上述無冷鐵注雨淋式澆注工藝，其鑄造系統(tǒng)模型見圖2。用此方法生產(chǎn)的鑄件，在氣道、水箱、油流和高壓油管上進(jìn)行了0.8 MPa的水壓試驗(yàn)，在燃燒面上進(jìn)行了20 MPa無泄漏試驗(yàn)，無一次加壓泄漏發(fā)生。缸蓋燃燒面與氣門座的硬度、色澤、孔徑均符合要求。本文對(duì)柴油機(jī)缸蓋的鑄造方法進(jìn)行了解剖學(xué)測(cè)試，穿透測(cè)試照片如圖2所示。對(duì)鑄造工藝進(jìn)行了實(shí)際檢驗(yàn)。

該型柴油機(jī)缸蓋鑄造設(shè)計(jì)為上述無冷鐵、頂注雨淋式澆注工藝，其澆冒系統(tǒng)模型見圖2所示。應(yīng)用該工藝生產(chǎn)的鑄件，經(jīng)對(duì)氣道、水腔、油道和高壓油管進(jìn)行0.8 MPa水壓試驗(yàn)、燃燒面進(jìn)行20 MPa壓力試驗(yàn)，均未出現(xiàn)打壓滲漏情況，缸蓋燃燒面、氣門閥座之間硬度檢查達(dá)到了要求，經(jīng)著色和探傷檢查也達(dá)到要求。對(duì)該型柴油機(jī)缸蓋進(jìn)行鑄造方法解剖驗(yàn)證，鑄件內(nèi)部無缺陷。本鑄造方法在該型柴油機(jī)缸蓋鑄造中得到了實(shí)際驗(yàn)證。

圖2某型柴油機(jī)缸蓋鑄造方法驗(yàn)證

4結(jié)語

本文在總結(jié)傳統(tǒng)鑄造工藝經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用上澆法和半封閉式澆注，將鐵水從汽缸蓋頂部分散引入汽缸蓋內(nèi)，從而為柴油機(jī)缸蓋提供了一種簡(jiǎn)便的澆注方法。頂注金屬的溫度在鑄造過程中急劇下降，而隨著溫度的下降，液體收縮速度加快，冒口鐵水的溫度比鑄件內(nèi)部的溫度高，從而提高補(bǔ)縮效果，有效地控制縮孔和氣孔缺陷的產(chǎn)生，形成可靠的鑄造工藝。本發(fā)明方法控制簡(jiǎn)便，可提高柴油機(jī)缸體鑄件的成材率，縮短柴油機(jī)研制、生產(chǎn)周期，滿足降低鑄件氣孔率和防滲的質(zhì)量要求。