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柴油机设计与制造　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｄｉｅｓｅ１．Ｅｎ￣ｎｅ　１９９８年第４期（总第８５期）　

６１８０柴油机机体铸件的铸造工艺设计　篓坚　２　．｜●　’－——一．————，一　ｌ　￡　ｌ　Ｊ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｄｅａｅｒｉｐ６ｏｎ　ｏｆ　ｇａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｃａｓｔｉｎｇｓ　ｏｆ　。　６１８０　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｂｌｏｃｋｓ，ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｏｆ　ｖｅｎｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　

ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｂｒｉｅｆ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　ｌｉｋｅ　ｃｏｌｅ　ｍａｋｉｎｇ，ｍｏｌｄｉｎｇ，ｓａｎｄ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｐａｉｎｔｉｎｇ，ｄｒｙｉｎｇ，ｍｅｌｔｉｎｇ，ｐｏｕｒｉｎｇ，ｅｔｅ，ａｎｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｓｔｅｐｓ．　

叙词　Ｓａｎｄ　－　￣ｇ，Ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒｓ　Ｓａｎｄ　ｃａｓｔｉｎｇ　Ｃａｓ　ｔｉｎｇｓ．Ｃａｓｔ　ｉｎｇ　Ｓｙ　ｓｔｅｍ　，　，　’　＇　

ｌ前言　我公司是一家生产柴油机的专业厂家，　所产名忧产品“东风”１３５系列柴油机已畅销　几十年之久。为进一步拓宽市场，九十年代以　来，我公司开始研制适合远洋渔业的中速大　功率柴油机——６ｌ８０柴油机，因其较高的技　术性能要求，给铸造生产提出了新的挑战。　２机体铸件概述　２．１基本情况　６１８０柴油机机体采用直到式隧道结　构，为一箱体类铸件，铸件外形尺寸为　１６９３　０　ｍｍ　ｘ　８１４　。ｌｌｌｍ　ｘ９１３　ａ４，０　ｎｌｍ。重　１３４０ｋｇ，基本壁厚为１０ｒａｍ，局部最大壁厚可　达６８ｒａｍ，材料为高强度孕育铸铁ＨＴ２５０，铸　件简图如图ｌ机体铸件简图所示。　２．２机体的主要结构　①气缸体及曲轴箱体部分：该部分是柴　油机机体的主要内腔，用来装载曲轴、缸套、　活塞、连杆等零部件，共分为六缸，在安装曲　轴部位相通，构成“隧道”。　②齿轮箱部分：位于机体端面，用来安　装齿轮传动机构。　③飞轮端部分：位于机体另一端，安装　飞轮，输出功率。　④顶杆室部分：用来安装配气机构，六　个部分相连，安装凸轮轴。　⑤进水管部分：与六缸相通，与缸套形　成冷却水通道。　⑥支架部分：空腔与加强筋结合式结　构，位于机体两侧面，为隧道式机体强化结构　设计部分。　２．３铸件的验收标准：　①铸件按Ｑ／ＳＣ３６２．２技术条件验收。　③初加工完毕后，油道、水道须经水压试　

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１机体铸　验。　更为严格的是，６１８０柴油机是为开辟船　机市场而研制的，其生产的各道工序，各项技　术指标均须船检局的认定。　３铸造工艺设计　３．１分型与分模　般铸件的分型分模面均应选择在铸件　的最大截面位置，以利于起模。６１８０机体采　用卧做卧浇工艺，水管砂芯、部分支架砂芯和　油道砂芯落在下型，便于落芯操作和砂芯的　

４２　左　视　图　

定位，部分油道砂芯和支架砂芯落在上型，除　采用水玻璃胶合固定外，对部分砂芯辅以芯　撑支撑。参见图２铸型工艺简图所示。　３．２浇注系统设计　合理设计浇系统，进而布置好出气系统　是获得合格优质铸件的重要条件，对于机体　这种薄壁复杂件更是如此。　３．２．１　６１８０机体铸件浇注系统设计思想　①以糊状凝固方式，“同时”凝固理论设　

计浇注系统尽量使型腔各部位迅速得到温差　维普资讯 http://www.cqvip.com 不大的优质铁水。　②同时留以适当空间设置出气系统，使　型腔气体得以顺利排出。　３．２．２具体设计　四只分配直浇道与横浇道相连，在分配直浇　道顶部放有四块多孔过滤板，对铁水进行净　化，井可减小铁水对型芯的冲击力经过净化、　缓流的铁水进人中问浇道经组台式阶梯内浇　

｛　Ｉ（　—　１　：；　腔音剂、石棉线　ｎ　３６８　ｉ　—丽　、：　顺流排气　出气ｒ锋ｋ　－。一　Ｊ　下；　／　／　ｆ　／　ｊ　／／／／，　。，　，．／，／／，　三　挺杆室砂芯１　Ｉ●　，　）　／　放置过滤片　／／／／　＝＝＝　一　目盲　矗＿ｒ１－ｆ　参　＿－　『＿ｆ　多‘　蝤【、　＿　ｒ，　Ｉ　

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＾、、、＼、＼、＼＼、、、＼＼　、　、　、、、、、、、、、及　图２铸型工艺简图　浇注系统由定量闸门式浇口杯＋横浇道　＋阻浇式分配直浇道＋中问浇道＋组合式　（ｘ形＋补充）阶梯内浇道组成。浇注前将碳　精棒放置在浇口杯中，待铁水浇至浇口杯液　面线后，静置约２秒种，以利于金属夹杂物上　浮（最后停留在直浇道顶部），然后拨去拨塞　棒，铁水经两直浇道进入两横浇道（横浇道分　为两段目的是为了方便开箱清理浇冒口）。　道——ｘ形内浇道和补充内浇道引入型腔。　ｘ形内浇道从隧道式机体安装轴瓦的法兰部　位引入，补充内浇道从下型油底壳端法兰引　入型腔。参见图３浇注系统简圉。　３．２　３浇注系统的理论计算　①确定注浇时间　据ｆ＝ｓ、／Ｇ《铸铁手册）Ｐ８０９（４—１１）　ｓ：经验系数，当壁厚８≤１０ｍｍ时，　

４３　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓ＝Ｉ．１　Ｇ：铸型中铁水总重，这里Ｇ＝１６００　ｋｑ　故ｔ＝ｓＸ／Ｇ＝１．１×ｘ／１６００＝４４　ｓ　②确定阻流截面　据日Ｐ＝Ｈｏ—Ｃ／８　《铸铁手册￣ｅ８ｏ２表４—３８　：平均压力头　Ｉｔｏ：浇口杯液面线距分型面高度，这里　ＩＩｏ＝０．５８８＋０．５５—０．０７＝１．０６８ｍ　Ｃ：型腔高度，这里Ｃ＝０．３７３＋０．４４１　０．８ｌ４ｍ　故／／ｐ＝　一Ｃ／８　１．０６８—０．８１４／８＝０．９６６ｍ　依Ｆ目＝Ｇ／ｒ　２ｇ　）　《铸铁手册￣Ｐ８Ｏｌ（４—７）　，：铁水密度取７．０　Ｘ　１　ｏ３　ｋ９／　：铸型内阻力取０．４８　ｇ：重力加速度取０．９８Ｎ／ｋｇ　故Ｆｍ＝Ｇ／ｔ　ｖ，　＝１６００／　【４４　Ｘ　７．０×１０３　Ｘ　０．４８、／２×９．８　Ｘ０．９６６）　０．００２４８７ｍ　．　③检验铁水的理论升速　Ｃ／ｔ＝（３７３　４－４４１）／４４＝１８．５ｍｍ／ｓ　该升速略小于壁厚为１０—４ｒａｍ铸件经　验收据范围２０—３０ｍｍ／ｓ　（《铸铁手册》Ｐ８１Ｏ表４—４３）。因我厂采　用冲天炉熔炼，出炉铁水还需运输一段距离　才到达浇注现场，浇注温度仅在１　３５０￣ｅ左　右，故这一升速略显小。　④实际设计情况　为使型腔各部位迅速获得高温铁水，特　设置多条内浇道，增大阻流截面和内浇道的　截面积，以提高浇注速度和铁水在型腔内的　升速。另外突出横浇道的撤渣作用，设计开　放式横浇道。浇道各截面尺寸实际设计计算　如下：　∑Ｆ　＝Ｆ　＋Ｆ自¨＝（８　Ｘ４　Ｘ　２８　×４＋１２　Ｘ４×２８）÷１００＝４９．２８　ａＩ｝　＝Ｆｍ　×４Ｆｍ　０．８×４　Ｘ１ｒ×　

４４　１　Ｘ　２５８÷１ｏ０＝２５　９４甜　（　为通过效率取０．８）　∑Ｆ　＝３×（６０×２—２　Ｘ　６５　Ｘｔｇ３。）／２　×６５÷１００＝１１０．３６ｅｍ　∑Ｆ　＝２×百×（５５　／４）÷１ｏ０＝４７．５２ｃｍ　浇注系统各截面的比例为：　∑Ｆ　：∑Ｆ日：∑Ｆ　：∑Ｆ目＝　４９．２８：２５．９４：１１０．３６：４７．５２＝　１：０．５３：２．２４：０．９６　实际浇注速度ｔ＝３５ｓ　故　＝（３７３＋４４１）／３５＝２３．２６　在前述经验数据２０—３０ｍｍ／ｓ内，　３．３出气系统的设计　合理设计出气系统，引导型芯在浇注过　程中所产生气体及时顺利排出，是降低气孔　缺陷的主要方法。　３．３．１砂芯出气　①轴箱砂芯、齿轮箱砂芯在制芯时以抽　气眼针的方法形成气道。　②小砂芯如水管、油道砂芯在制芯时埋　人导火线（制好芯后点燃）形成气道。　③顶杆室砂芯在上平面芯头处制芯时　挖成空腔形成气道。　３．３．２型腔出气（参见图３及图４上型出气　系统示意图）　①顺流排气和回流排气结合使用保证型　腔在浇注全过程中排气畅通。在卧做卧浇　的工艺方法下，正对内浇口（２８条）的气缸盖　端为低面．油底壳端（对着１６条内浇口）为高　面。在气缸盖端设置先行进人型腔的冷铁水　跑道，兼起顺流排气作用。油底壳端（两侧，　中部为横浇道）设置出气道（经引气片与机体　相连），随着型腔内金属液面上升及金属液向　油底壳端的回流，型腔内的气体主要从该处　出气道排出，称之谓“回流”排气。　②上型（机体上侧面）的凸台部位（是局　部的相对高面）设置出气销（造型后用气眼针　扎穿），用来局部辅助出气。　

③牙齿箱法兰边是局部厚大部位，设置　维普资讯 http://www.cqvip.com ［　暖　嚣　疑　巅　

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图３浇注系统简图　

４５　维普资讯 http://www.cqvip.com 型腔出气（顺流排气）　

挺杆室砂芯出气　

ｖ　ｖ　ｖ　＼王芒凸蛊出皇　

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图４上型出气系统示意图　两只出气冒口，兼起出气和补缩作用。　３．４其他工艺参数的选择　①收缩率：经工艺试验证明，对于柴油　机机体这类复杂铸件，收缩率选择０．８３％基　本是适当的，具体到６ｌ８０柴油机机体铸件，　木模按０．８３％的收缩率制造。实际铸件长宽　高尺寸均符合验收标准的要求。仪上平面的　加工余量较实际设计要太，侧面搭子在高度　方向上存在着偏心问题。这些问题出现的原　因在于：由于结构的影响，铸件长宽高三个方　向收缩率不一致，再加上合箱时为防止上下　型接触面不平漏铁水而使用封箱条的缘故，　目前生产中使用工艺修正的办法予以解决。　在今后工作中可逐步进行试验，确定机体类　铸件在高度方向的收缩率，再辅以适当的分　型负数的方法予以解决。　②起模斜度及铸造圆角：外模与芯盒的　起模斜度一般为１—１￣３０　，铸造圆角为Ｒ５一　表１　室温下型芯砂的配方与主要性能　砂　配　比　－陆　能　都昌　平障　铬矿　树脂／原砂　硅慌，糙晦　固化荆　ｔ　ｆｉｇ．　ｔ　＃　【Ｔ＃ｎ　发气重　种　／树脂　１００／５５　ｌ００１５５　７５１ｌ５Ｃ　％　％　％　ｉ￣Ｉｌｌｌｌ　ｍｌｎ　Ｍ　ｍｌ／ｇ　型砂　（面砂）　ｌＯ０　１．８—２．Ｏ　０．３　２５—６０　３　２０—２５　≥０．８　≤ｌ３　般芯砂　１００　２．０—２．２　０．３　２０—５０　５—１０　２５—６ｏ　≥１．２　≤ｌ５　油管芯砂　３３．３　６６　７　２．２—２　５　０．３　３０—７０乜０—３Ｃ　９０—１２０　≥１．３　≤１７　

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　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｒ８。　③加工余量：参照三级精度铸件机械加　工余量的标准，６１８０机体上平面及四周加工　余量为８ｒａｍ，内腔及下平面为６ｒａｍ。　４制芯、造型、配箱与台箱　４．１型芯砂的配制与主要性能（见表１）　油管砂芯细而长，浇注过程中除芯头外，　全部被铁水包围。若完全使用一般的石英　砂，由于石英砂在５７３℃发生Ｂ—ａ同质异　晶转变，发生相变膨胀使砂芯产生裂纹，铸件　容易产生铁夹砂缺陷。而铬铁矿砂热膨胀率　小，加热至１７００℃以前无相变，体积基本不　变，可以避免产生铁夹砂缺陷。此外铬铁矿　砂还具有较好的澈冷作用，可细化金属组织，　提高铸件的机械性能。　４．２混　工艺　

图５　原砂＋固化剂４０－６ｏ￣＋　树脂（预先加入硅烷搅匀）４０－６ｕＬ出砂　４．３主要砂芯的制造与控制　①轴箱砂芯：参见图５轴箱砂芯工艺简　图。每件轴箱砂芯分两爿制造，用４，１４长气　眼针抽出气眼（配箱时与下型气道相通）形成　轴箱砂芯出气道。半爿砂芯厚１２６．５ｒａｍ，磨　削余量为１．Ｏｍｍ，磨削后用半爿砂芯厚度　１２５．５ｒａｍ样板检查，检查合格后将两半爿砂　芯先用胶荆胶合，再用３只Ｍ１２螺栓连接紧　固（紧固螺栓孔用陶土砂堵塞刮平）拼台好的　砂芯用轴箱砂芯厚度（２５１．Ｏｍｍ），控制样板　作进一步检查。　②水管砂芯：水管砂芯属细长砂芯，全　长１３９８ｍｍ。为防止砂芯烘干时产生变形以　及制芯搬运的方便，工艺上要求将水管砂芯　

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