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1、摘要 本文是对大型船用柴油机缸体铸造的工艺性总结。该工艺从缸体铸件质量要求和树脂砂工艺特点出发，应用均衡凝固理论， 采用底返内浇口和冒口溢流工艺措施，生产中获得满意效果。实践表明，抽芯模型的使用、空间坐标系定位芯子，是提高铸件外观质量和尺寸精度的有效手段。1 零件结构特点与工艺重点5RT-FIEX58T-B 柴油机是引进瑞士Wartsila 公司电控智能型柴油机。 缸体为3 联缸和 2 联缸形式，缸体结构采用了最近几年国外兴起的以提高产品质量，特别是以外观质量为中心的近净形技术，使铸件向大型化、 整体化方向发展， 减少机加工和组装工序时间，增大了缸体总体尺寸与复杂性。零件轮廓尺寸为313816
2、241740和 213216241740，材料牌号 HT250，毛坯重量分别为19.2T和 14.3T。缸体上平面 24 个 M68230螺孔为缸盖紧固承重螺孔， 不允许有任何缩松缺陷， 8 个165 贯穿孔相互位置要求准确。缸体上部镶缸套部位有严格的水密试验要求。铸件最大壁厚336mm，最小壁厚 25mm，壁厚相差悬殊，给缸体消除缩松缺陷带来难度。根据缸体零件结构特点和技术要求，工艺设计必须解决：1、缸体上部重要部位的铸造质量，保证没有缩松、缩孔和其它铸造缸陷；2、零件形状准确、 几何尺寸无误， 加工余量要既能保证质量又不切削太多余量；3、外观平整光滑，轮廓清晰。2 工艺方案选择缸体上部壁厚
3、较厚，局部达336mm，镶缸套的 695孔有水密要求，每缸8个 M68230 紧固螺孔为缸体重要部位。 均衡凝固理论认为： 尽管厚大件总体收缩量大，但组成铸件的各个相互衔接之间在凝固过程中彼此牵制，厚实部分收缩被相邻石墨化膨胀所抵偿。 据此，工艺采用将缸体厚实部分朝下的浇注位置，使其浇注过程和凝固初期处于较高的铁水静压力作用下，以利用铁水的后补量和相邻区域的石墨化膨胀进行自补缩。同时，为提高工艺的可靠性， 在每个缸盖螺孔处放置 40180内冷铁，以进一步提高该处组织致密度。为验证工艺可靠性， 实施前，根据资料从铁水浇注到凝固终了的体积变化进行定量计算。计算结果表明，该处膨胀大于收缩，故无缩松产
4、生，工艺可行。3 浇冒系统设计作为有机铸型，呋喃树脂砂发气量大，金属液与砂型的界面反应较为复杂。设计浇注系数时， 要求该系统满足 “快，稳，保持压力头和处理脏铁液” 等功能。快，快速充型。这不仅可以抑制侵入性气孔，而且减轻型腔的造渣反应，使型腔顶部和上部受高温辐射时间缩短。稳，避免铁液飞溅、碰撞与紊流，以防止气体卷入。对于缸体这类铸件，底注可以保证液体平稳，排气顺畅，脏铁液上浮。保持压力头， 对于发气量大的树脂砂而言， 须保持较高的压力头， 既保证了充型速度需要，又对侵入性气孔抑制有利。处理脏铁液，所谓脏铁液，是指一开始浇入的铁液，流经直浇道，横浇道与内浇道时，与砂型在有氧状态下生成的渣和气。
5、这部分脏铁水需导入横浇道的集渣包或冒口溢流出去。浇道采用耐火砖。由于树脂砂独有的特点， 使耐火砖能方便地用于浇注系统。耐火砖能有效减少脏铁液的产生量，有很好的耐冲刷作用， 能有效防止砂眼等缺陷。根据计算工艺设计8 道40 耐火砖浇道底注，直浇道为2 道80 耐火砖。冒口设计。树脂砂刚性好， 浇注初期砂型强度高， 这有利于利用石墨膨胀消除缩孔、缩松缺陷。根据热节圆计算，确定顶部放置10 个 80240 椭圆冒口，既对局部热节起到补缩作用， 又不因冒口过大对该处产生热干扰。为进一步保证铸件质量， 工艺规定浇注时要有一定的铁水从冒口溢流出去。实践证明， 该浇冒口系统设计是合理的。4 模型结构特点树脂
6、砂的应用使铸件外表质量和尺寸精度得到很大提高，但其砂型在起模时已具有很高的强度，给起模增加了困难。为了较好发挥树脂砂造型优势， 让复杂的缸体外型尽量由外模直接做出，同时为能适应缸体 3+2 的两种形式，确定外模主体采用抽芯式型。根据资料介绍， 抽芯结构模型是一种组合式模型，它是由中间框架和四周型块用一定方式组合而成。 中间框架要求结构牢固不变形，是整体模型的骨架， 中间框架四周依附着模型型块。 型块根据铸件形状， 分割成多块， 每块用活节螺栓与中间框架相连， 并且用燕尾销与中间框架准确定位。起模前， 首先垂直起吊中间框架，这样为侧面型块向中间水平退出腾出了空间。用这种组合形式模型， 缸体复杂外
7、形可一次直接成型， 保证了主体模型承担相关尺寸精度， 提高了造型工作效率， 减少了铸件外表清理打磨工作量，同时完成了 3+2 两种联缸缸体的转换。 由于框架和型块顺序起模， 模型敲击减轻， 起模力度减小，延长模型寿命。5 铸型装配尺寸控制缸体几何尺寸较大，结构复杂，故铸型尺寸控制与保证手段至关重要。对此，工艺从以下几方面进行了控制：5.1 基准重合：缸体在长度方向有一条基准线，每缸也有中心线，这些是缸体的设计基准，也是缸体加工和装配基准。 工艺以这些作为铸型的装配基准，将铸造基准与机加基准重合，避免因基准变换而引起误差，保证了整个铸型装配精度。5.2 空间坐标定位与样板检验空间坐标定位是利用数
8、字三维空间原理定位。在铸型中以加工基准设立一个空间坐标系，就可以很方便的确立铸型中每个泥芯的准确位置。在制做砂芯时，将芯盒上所刻出的缸体基准线，引到砂芯上， 这些线就是装配基准线。 每个芯子的装配线与外模上的线吻合后，就可避免芯子的累积误差，提高尺寸精度。为进一步检验芯子装配精度， 工艺设计制做了芯子装配检验样板。该样板以外型中心线为基准，检验中间空腔大芯子与缸贯穿孔相互位置。用该样板检验，相邻两缸大芯子和相邻贯穿孔芯都可以准确到位。5.3 芯子分割尽可能整体由于中间型腔是由芯子组成， 故芯子的合理分割也是影响整个铸件尺寸与操作难易程度的关键。为减少芯子装配、制做误差，工艺根据零件结构，尽可能
9、地减少芯子数量，以提高各部位相互装配精度。5.4 缩尺选择由于铸件轮廓尺寸较大， 故铸件缩尺的合理选择， 也是尺寸控制的重要环节。根据生产经验，这类复杂件，当缩尺选择为1%时，仍有缩不到位、尺寸偏大现象。缸体在制做模型时，缩尺选择0.8%，实践证明，该缩尺较好地吻合这类铸件收缩情况。6 结语2003年 4月份成功浇注 58TB3 缸缸体和 2 缸缸体各一件。铸件的外观质量、几何尺寸、加工情况均获得预期效果。总结本工艺，主要特点为（1）针对缸体的特殊结构， 采用底返内浇口和冒口溢流措施，应用均衡凝固理论， 保证了铸件高质量，高出品率。（ 2）采用抽芯结构模型，成功实现一套模型，两种缸体的变换。（ 3）采用空间直角坐标定位砂芯与样板控制相结合，对铸型尺寸从各个环节、各个层次相互交叉、又相互补充地进行了全面控制，实现了机加划线，一次成功，避免了大型铸件尺寸顾此失彼的现象。
