简析柴油机机体铸造工艺的优化策略

严磊邓嫄媛傅骏

1、成都云内动力有限公司2、成都大学机械工程学3、四川工程职业技术学院材料工程系

简析柴油机机体铸造工艺的优化策略

严磊1邓嫄媛2傅骏3

1、成都云内动力有限公司2、成都大学机械工程学3、四川工程职业技术学院材料工程系

针对某四缸大型柴油机机体生产效率低，铸件易产生缩孔缩凹缺陷问题，分析其铸造工艺的难点以及重点，并且提出铸造工艺优化策略，通过工艺改进不仅提高了铸造生产效率，而且还减少了柴油机机体铸造缺陷，提高了铸件成品率。

柴油机；铸造工艺；改进

某四缸大型柴油机是船舶的主要动力，而机体品质是保证柴油机正常工作的前提，然而由于柴油机机体结构复杂，壁厚差异大，在铸造的过程中容易出现各种缺陷，因此采取合理的铸造工艺对提高铸件成品率具有关键性的作用。

1 柴油机机体结构及铸造方案

1.1 柴油机机体结构

为了更好地对柴油机机体结构铸造工艺进行分析，本文选取某船舶柴油机作为研究对象，该柴油机机体的毛坯外形尺寸为3897×1392×1650（mm）；柴油机机体缸孔的高度设定为502mm，445mm的缸孔中心距，缸孔内部设置筋条；缸孔的外侧为凸轮轴腔，凸轮轴腔与缸孔的厚壁最小为20mm；柴油机的机身毛坯重量为12t，铸件液中卫18吨。采取QT400-15的铸件材质，要求机械性能：抗拉强度≥390MPa，屈服强度≥250MPa，延伸率≥14%，布氏硬度＝135～185HBS。

1.2 柴油机机体铸造方案

从机身的技术要求、结构特点来看，铸造生产的难点在于整个铸件轮廓尺寸较大，壁厚差异性大，技术要求高，尤其是缸孔部位对密封性要求比较高，因此基于安全考虑柴油机机体不能出现铸造缺陷。但是从某型号柴油机机体铸造工艺的效果看，由于柴油机机体壁厚差异大，结构复杂，因此在铸造过程中易出现缺陷。

2 缸孔夹杂问题

通过研究该柴油机在前期的生产中发现了铸造质量问题，通过仔细观察发现柴油机上下缸孔存在不同程度的夹杂缺陷，如图1所示。通过对图1的观察，缸孔夹杂问题较为突出，而且经过后期的铸造处理之后，缸孔夹杂问题仍然存在。（由于柴油机具有较高的封闭性要求，因此不能对其进行深度打磨处理），根据以往的经验，结合相关文献资料，导致柴油机缸孔夹杂问题的原因主要在于：在铸造的过程中没有控制好铁水的浇道流速从而产生紊流、二次氧化现象，例如在铁水浇筑的过程中，铁水的浇筑速度过快就会使得型腔内的杂物不能有效地上浮，从而在坭芯下部形成夹杂缺陷。如果缸孔夹杂问题严重则会造成柴油机机体报废。

图1 柴油机机体缺陷位置

通过对该型号柴油机铸造工艺分析，该柴油机采取的阶梯式浇注系统，底层内浇口为主要浇注系统，上层内浇口为辅助浇注系统。

3 某柴油机机体铸造工艺改进措施

针对某型号柴油机机体铸造过程中存在的缺陷，根据铸造手册，应该积极针对铸造缺陷优化铸造工艺，以此提高铸件成品率，具体的铸造工艺改进策略如下：图2为优化改进后的铸造工艺简图。为了避免因为铁液温差问题造成的缺陷，保证充型平稳，本工艺采取底注式浇筑系统，考虑到柴油机机体结构复杂以及机高问题，将内浇口设置在缸孔面底部，并且在每个缸孔口设置两个浇口。浇口的大小为：15×15（mm），这样可以实现对底座的大容量浇筑。通过计算：F直∶F横∶F内＝2∶5∶6，柴油机机体铸造时间为17min，同时采用铸造模拟软件对改进后工艺进行了充型模拟,从模拟结果可以看出，铁水浇注充型平稳，铁液在型腔中的流速在0.2～0.5m/s，同时，对凝固后的厚大部位进行切片分析，未发现缩松缺陷。

图2 改进后的铸造工艺简图

通过对浇注系统的优化改进，在后续的投产中，该型柴油机的缸孔夹杂缺陷已经得到彻底解决：利用超声波探伤检测技术对柴油机毛坯状态进行检测，经过检测，结果符合技术要求；其次在后续的机械加工中进行跟踪监测，通过跟踪监测，粗加工与精加工都没有发现铸造缺陷，因此通过改进该工艺，柴油机机体缸孔夹杂问题得到彻底解决。

总之，由于某四缸柴油机机体结构复杂，铸造工艺不合理会导致铸件出现各种缺陷，因此采取卧式底浇注模式，通过合理设计浇注工艺参数等不断提高柴油机机体铸造尺寸精度，而且还提高了生产效率，最为重要的是提高了铸件的实用性与可靠性，为柴油机机体铸造工艺设计提供了理论依据。

[1]张聚涛,赵悦光,谷刚,田逢甲.柴油机机体铸造工艺设计研究[J].中国铸造装备与技术,2016(06).

[2]中国机械工程学会铸造专业学会.铸造手册(第5卷)：铸造工艺[M].北京：机械工业出版社,1994.