高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法与流程

1.本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法。


背景技术：

2.机体是柴油机发动机的关键零部件，主要作用起支撑支架作用，其上安装有曲轴、连杆、缸盖、凸轮轴等上百个零部件，是柴油机组中最关键和承载最复杂的零部件之一，一般采用铸造成型。其铸造材质一般为普通的qt400-15。普通的球铁qt400-15材质机体，尤其是薄壁热节较多部位在凝固过程中，容易在热节处产生缩松缺陷，一般采用冒口加冷铁工艺生产铸件，但是质量不够稳定，生产成本大，减震性能差，散热性能差。
3.随着高质量的发展，作为柴油机机体主要起到支撑底座作用，除了满足材料基本强度、硬度情况下，更应该考虑减震性能和散热性能。而现在使用的普通的qt400-15材质机体，材料缩松倾向较大，致使该铸造生产过程容易产生缩松、缩孔、等缺陷。虽然qt400-15材质材料强度相对较高，但是减震性、耐磨性和散热性能没有ht300材质优良。
4.据相关科学研究：同等条件下就片状石墨而言，沿长度方向的散热性是宽度方向的100倍，而球铁的石墨球可以看做所有方向都是宽度方向。因而采用ht300牌号材料铸造机体，在铸造性能、耐磨性及减震性方面均有优点，柴油机整机运行综合性能更优良。因此对应ht300牌号材料需要设计一种制造柴油机机体铸造成型的方法。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题：提供一种高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，本发明目的在于从铸造分型面的选择、浇冒系统设计、去除冷铁布置、缩尺控制、熔炼成分参数等方面进行设计，能够稳定生产内部质量可控、力学性能合格的ht300牌号机体，具有相对较高的强度和硬度，在同等功率及载荷情况下，应用该材料的机体不仅可提高减震性、耐磨性和散热性能，还能降低生产成本。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案：
7.高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，该方法主要针对ht300牌号柴油机机体容易产生裂纹的缺陷，以某型柴油机机体为例，从分型面、浇注系统、冒口、冷铁、缩尺及熔炼工艺参数方面进行铸造成型设计；具体包括以下步骤：
8.1)分型面的选择：柴油机机体采用卧浇式，缸孔面位于侧面，分型面设置在曲轴孔上处的两开箱铸造方式，使柴油机机体铸造砂箱被分为下箱和上箱；
9.2)浇注系统设计：采用带过滤器的开放式底注浇注系统，所述开放式底注浇注系统包括直浇道、横浇道、过滤器和内浇道，所述直浇道与横浇道连接，所述横浇道与过滤器连接，所述过滤器与内浇道连接，所述内浇道连接型腔；
10.3)无冒口设计：在柴油机机体浇注位置的最高点处不设计冒口，只在两侧布置出气片，中间大平面位置布置出气棒；
11.4)无冷铁设计：在柴油机机体壁厚的部位及壁厚不均匀部位不用设计冷铁；
12.5)缩尺设计：ht300铸铁的柴油机机体的收缩倾向要大于普通的球墨铸铁，故将该柴油机机体缩尺确定为1.1％；
13.6)熔炼工艺及参数：本方法中ht300铸铁组份配比按照重量份计为：29％生铁+40％废钢+30％回炉料+1％增碳剂；合金成分控制为：c：2.9％-3.1％，si：1.7％-1.9％，mn：0.7％-0.9％，p＜0.1％，s：0.06％-0.10％，cu：0.4％-0.5％，cr：0.2％-0.3％。孕育剂使用含钡的孕育剂，加入量0.6％。
14.上述步骤2)中，所述开放式底注浇注系统的截面比例为直浇道：横浇道：內浇道＝1：2.1:1.6。
15.上述步骤2)中，所述直浇道采用1个φ100mm的瓷管制成，所述横浇道为80/90
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100的梯形截面，所述内浇道采用相应数量的φ30瓷管制成。
16.上述步骤2)中，所述直浇道作为阻流截面，铁水从直浇道到横浇道，经过过滤器，从型腔最低面分散引入，浇注时间控制在60-70秒左右，浇注温度1360-1370℃.
17.上述步骤3)中，所述出气片采用45
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13
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400mm规格，所述出气棒采用规格为φ20mm的。
18.本发明与现有技术相比的优点：
19.1、本发明对于铸铁牌号ht300机体，在凝固过程中，因析出石墨并伴随相变膨胀，有很强的自补缩能力，因而缩孔、缩松的倾向小，因此在铸件浇注位置的最高点采取无冒口设计，只设置一定规格的出气片和出气棒，铸件厚大部位不使用冷铁，就能够有效消除铸件缩松缺陷；保证机体强度和刚性的前提下，提高机体减震性、耐磨性和散热性，并简化了铸造工艺；
20.2、本方案中采用较高的浇注温度1360-1370℃，配合底注带过滤器的开放式底注浇注系统，使浇注时间控制在60-70秒左右，能够有效的减少铸件气孔、夹渣缺陷的产生，铸件表面质量好；
21.3、相对于普通的qt400-15材料机体，ht300材料机体更容易产生裂纹，因此通过控制熔炼原材料的纯洁度及化学成分，保证了材质性能；
22.4、经过本方法制造的柴油机机体，通过现场试验机械性能检测及加工验证，单铸件试样抗拉强度均超过了330mpa，本体抗拉强度平均达到了260mpa、硬度178hb，内外部质量满足柴油机设计要求，使柴油机整体运行综合性能更加优良。
附图说明
23.图1为本发明中柴油机机体分型面示意图；
24.图2为本发明中柴油机机体的浇注系统侧面示意图；
25.图3为本发明中柴油机机体的浇注系统底面示意图；
26.图4为本发明中柴油机机体的出气片和出气棒布置图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
29.请参阅图1-4，详述本发明的实施例。
30.实施例：高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，该方法主要针对ht300牌号柴油机机体容易产生裂纹等的缺陷，以某型柴油机机体为例，该机体外形尺寸2638
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968
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1274mm，毛坯重4970kg，浇注液重6100kg，主要壁厚15mm，最大壁厚108mm；从分型面、浇注系统、冒口、冷铁、缩尺及熔炼工艺参数方面进行铸造成型设计。具体包括以下步骤：
31.1)分型面的选择：柴油机机体1采用卧浇式，缸孔面位于侧面，不仅造型配箱操作简单，还能够保证机体整体的尺寸及侧面的形状位置准确完整，分型面2设置在曲轴孔上处的两开箱铸造方式，参见图1所示，使柴油机机体1铸造砂箱被分为下箱3和上箱4，铸件多半位于下箱，有利于保证尺寸，同时能够保证内部质量。
32.2)浇注系统设计：采用带过滤器的开放式底注浇注系统5，所述开放式底注浇注系统5包括直浇道6、横浇道7、过滤器8和内浇道9，所述直浇道6与横浇道7连接，所述横浇道7与过滤器8连接，所述过滤器8与内浇道9连接，所述内浇道9连接型腔。
33.优选的，所述开放式底注浇注系统5的截面比例为直浇道：横浇道：內浇道＝1：2.1:1.6。
34.对于本实施例中的柴油机，所述直浇道6采用1个φ100mm的瓷管制成，所述横浇道7为80/90mm
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100mm的梯形截面，所述内浇道9采用18个φ30mm瓷管制成。参阅图2和3所示，所述直浇道6作为阻流截面，铁水从直浇道6到横浇道7，经过过滤器8，从型腔最低面分散引入，浇注时间控制在60-70秒左右，浇注温度1360-1370℃。铁水从型腔最低处引入，配合开放式的内浇口，铁水液面上升平稳，有利于减少由于紊流产生的气孔、夹渣缺陷。
35.本方法中，较高的浇注温度1360-1370℃，配合底注带过滤器的开放式底注浇注系统，使浇注时间控制在实现60-70秒左右，能够有效的减少铸件气孔、夹渣缺陷的产生，铸件表面质量好。
36.3)无冒口设计：由于该机体材料改变，因而液态、固态凝固收缩方式发生改变，该机体上部壁厚较薄不需要大量的液体补缩，只需要出气通畅快速凝固即可，所以在柴油机机体1浇注位置的最高点处不设计冒口，只在两侧布置出气片10，中间大平面位置布置出气棒11。
37.对于本实施例中的柴油机机体，所述出气片10采用18个45
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13
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400mm规格的，所述出气棒11采用规格为φ20mm的。参阅图4所示。
38.4)无冷铁设计：在柴油机机体1壁厚的部位及壁厚不均匀部位不用设计冷铁。
39.以前在机体壁厚的部位及壁厚不均匀部位设置大量的冷铁，用于平衡厚大部位的凝固速度。本方法设计工艺时没有设计传统的冷铁，大量减少了制造冷铁所需各项原材料生产成本，同时也因没有设置冷铁，即提高了铸件表面质量，同时又提高了生产效率。
40.对于铸铁牌号ht300机体，在凝固过程中，因析出石墨并伴随相变膨胀，有很强的自补缩能力，因而缩孔、缩松的倾向小。须在铸件浇注位置的最高点采取无冒口设计，只设置一定规格的出气片和出气棒，铸件厚大部位不使用冷铁，就能够有效消除铸件缩松缺陷。
41.5)缩尺设计：铸造手册上介绍的铸铁收缩率范围为0.8％-1.3％，根据铸件壁厚形状结构，而该ht300铸铁的柴油机机体1的收缩倾向要大于普通的球墨铸铁，故将该柴油机机体1缩尺确定为1.1％；经后期对铸件尺寸的检测，表明1.1％的缩尺是合适的。
42.6)熔炼工艺及参数：由于灰铸铁不同于球墨铸铁，属于顺序凝固，铸造性能好，不易产生缩松缺陷，难点在于实现高强度。因此，设计合理的配料方式及合金成分配比是实现高强的关键。本方法中ht300铸铁配料方式为：29％生铁+40％废钢+30％回炉料+1％增碳剂；合金成分控制为：c：2.9％-3.1％，si：1.7％-1.9％，mn：0.7％-0.9％，p＜0.1％，s：0.06％-0.10％，cu：0.4％-0.5％，cr：0.2％-0.3％。孕育剂使用含钡的孕育剂，加入量0.6％。
43.本发明从铸造分型面的选择、浇冒系统设计、去除冷铁布置、缩尺控制、熔炼成分参数等方面进行设计，能够稳定生产内部质量可控、力学性能合格的ht300牌号机体，具有相对较高的强度和硬度，在同等功率及载荷情况下，应用该材料的机体不仅可提高减震性、耐磨性和散热性能，还能降低生产成本。
44.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
45.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，其特征在于：该方法主要针对ht300牌号柴油机机体容易产生裂纹的缺陷，从分型面、浇注系统、冒口、冷铁、缩尺及熔炼工艺参数方面进行铸造成型设计；具体包括以下步骤：1)分型面的选择：柴油机机体(1)采用卧浇式，缸孔面位于侧面，分型面(2)设置在曲轴孔上处的两开箱铸造方式，使柴油机机体(1)铸造砂箱被分为下箱(3)和上箱(4)；2)浇注系统设计：采用带过滤器的开放式底注浇注系统(5)，所述开放式底注浇注系统(5)包括直浇道(6)、横浇道(7)、过滤器(8)和内浇道(9)，所述直浇道(6)与横浇道(7)连接，所述横浇道(7)与过滤器(8)连接，所述过滤器(8)与内浇道(9)连接，所述内浇道(9)连接型腔；3)无冒口设计：在柴油机机体(1)浇注位置的最高点处不设计冒口，只在两侧布置出气片(10)，中间大平面位置布置出气棒(11)；4)无冷铁设计：在柴油机机体(1)壁厚的部位及壁厚不均匀部位不用设计冷铁；5)缩尺设计：ht300铸铁的柴油机机体(1)的收缩倾向要大于普通的球墨铸铁，故将该柴油机机体(1)缩尺确定为1.1％；6)熔炼工艺及参数：本方法中ht300铸铁组份配比按照重量份计为：29％生铁+40％废钢+30％回炉料+1％增碳剂；合金成分控制为：c：2.9％-3.1％，si：1.7％-1.9％，mn：0.7％-0.9％，p＜0.1％，s：0.06％-0.10％，cu：0.4％-0.5％，cr：0.2％-0.3％；孕育剂使用含钡的孕育剂，加入量0.6％。2.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述开放式底注浇注系统(5)的截面比例为直浇道：横浇道：內浇道＝1：2.1:1.6。3.根据权利要求2所述的高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述直浇道(6)采用1个φ100mm的瓷管制成，所述横浇道(7)为80/90mm
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100mm的梯形截面，所述内浇道(9)采用相应数量的φ30mm瓷管制成。4.根据权利要求3所述的高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述直浇道(6)作为阻流截面，铁水从直浇道(6)到横浇道(7)，经过过滤器(8)，从型腔最低面分散引入，浇注时间控制在60-70秒左右，浇注温度1360-1370℃。5.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，其特征在于：上述步骤3)中，所述出气片(10)采用45
×
13
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400mm规格，所述出气棒(11)采用的规格为φ20mm。

技术总结
提供一种高强度灰铸铁柴油机机体无冒口铸造成型方法，属于铸造技术领域。该方法从分型面、浇注系统、冒口、冷铁、缩尺及熔炼工艺参数方面进行铸造成型设计；包括以下步骤：分型面的选择：柴油机机体采用卧浇式，缸孔面位于侧面，分型面设置在曲轴孔上处的两开箱铸造方式；浇注系统设计：采用带过滤器的开放式底注浇注系统；无冒口设计：在柴油机机体浇注位置的最高点处不设计冒口，只在两侧布置出气片，中间大平面位置布置出气棒；无冷铁设计：在柴油机机体壁厚的部位及壁厚不均匀部位不用冷铁；缩尺设计：缩尺确定为1.1％；熔炼工艺及参数。本发明具有相对较高的强度和硬度，可提高减震性、耐磨性和散热性能，还能降低生产成本。还能降低生产成本。还能降低生产成本。


技术研发人员：张涛 宫显辉 郭敏 赵悦光 付岳楼 颉向旭 景高楼
受保护的技术使用者：陕西柴油机重工有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/12