发动机类铸件生产的工艺与装备

发动机类铸件生产的工艺与装备

1工艺装备的要求发动机铸造的生产是一种大规模的专业流水生产。一般来说，每年的生产计划至少是数万件，然后是数千件。产品结构复杂，铸造难度大，相应生产工序多、工艺装备的要求也高，如发动机缸体、缸盖等铸件，既有复杂的内腔和外形结构，又要求薄壁及高度精确的毛坯尺寸。产品的材质性能要求严格，并且种类繁多，如球铁曲轴要求有高的强度，冲击韧性和良好的耐磨性能；排气管要求良好的耐热性能；缸套、活塞环等又要求严格的耐磨性能和热稳定性能等等。因此，人们普遍认为，发动机类铸件的生产水平一定程度上代表了这个国家的铸造生产水平，也反映出这个国家这类机械产品的性能和质量。2发动机螺母的基本要求2.1铸造的基本技术要求2.1.1球铁铸件的强度缸体、缸盖铸件达到HT250的力学性能，金相组织应是100%的珠光体，石墨形状A型，缸盖需Cu、Cr合金化，硬度为HB185～255，同一铸件各部位的硬度差应小于40个HB单位，共晶团数为350～450个/cm2。球铁曲轴达到QT800-2的力学性能，需进行正火回火处理。在球铁中含P要求在0.04%以下，S要求小于0.02%。2.1.2缸筒均匀度的测定铸件尺寸精度应达到CT6～8级，壁厚公差不大于0.4mm,对于干式缸套缸体件有一个关键精度，即铸件缸筒中心距及缸筒壁厚的均匀度。国外先进机型要求加工后缸筒壁厚多方位的允差为0.5mm，如缸筒壁厚不均匀，则在柴油机负荷运行时将造成缸筒的不均匀膨胀变形引起“拉缸”！要达到这个加工后的尺寸要求，就要求铸件几个缸筒中心距允差、铸件缸筒壁厚均匀度允差都很小，这一直是干式缸套缸体铸件生产的一个难点。2.1.3表面粗糙度的表面一般应是Ra12.5～25μm，对缸盖的进排气道应保证Ra12.5，且要求几何形状正确，不允许有任何毛刺、结瘤，否则影响柴油机性能。2.1.4铸造能去除内应力要求铸件消除内应力以保证加工后不变形及柴油机工作时不产生超应力区。2.1.5净洁度经彻底清理后铸件水套内残留物应小于2～3g。水套作0.4MPa的渗漏试验。2.2工艺要求2.3设备要求2.3.1对于铁液的制备要求为确保铸件获得良好的金相组织、稳定的力学性能和满足壁薄（4～6mm）、结构复杂铸件的浇注要求，要求铁液具有稳定的化学成份，较高的出炉温度和需要对氧化渣、气体含量进行严格的控制。为达到以上要求，除了对金属炉料需要严格的选择和配比之外，在熔炼装备上，要求采用电炉熔化或冲天炉与感应电炉双联熔炼，炉前配备快速金相和热分析仪等装备。对铸件要求更高时，还应配备直读光谱仪等。2.3.2术、新装备、新装备对于大批量生产的铸造厂，经济分析表明，湿型砂造型仍是最经济的一种工艺方法。随着汽车工业的发展，对铸件质量的要求不断提高，因此新技术、新装备不断地推出。国际上上世纪60年代出现的高比压、高生产率的高压多触头造型线（如SPO线、KW线、BMD线）、70年代出现的垂直分型无箱射压造型线（如DISA线）、80年代出现的气冲造型线（如GF线、BMD线）及静压造型线（如KW线、HWS线）、负压加砂加压实（如KW）造型线等等都在不同时期满足了铸件生产的要求，但目前认为，发动机类铸件的生产宜采用自动化程度高的气冲线或静压线。2.3.3型砂冷却设计在汽车、内燃机等产品铸件生产中，因型砂质量问题引起的铸件废品约占铸件废品总数的一半以上，型砂质量不好可引起粘砂、夹砂、气孔、胀箱等一系列铸件缺陷。因此随着铸件品质要求的提高和减少因型砂问题而引起的铸件废品，对型砂处理要求愈来愈严格，对于旧砂处理，在经破碎、磁选、筛分后进入冷却装置，要求测量旧砂入口处的流量、水分、温度，并自动增湿使出口处的旧砂水分控制在2.3%～2.5%，温度不超过室温10℃，在冷却的同时还要鼓风除去灰分。因此，在这类大批量流水生产的铸造车间中，砂处理实现全自动控制是非常必要的。2.3.4壳芯工艺同时并存制芯工艺大都已采用盒内硬化工艺，为保证强度、精度、溃散性及抗潮性，应根据产品特点，热芯盒，冷芯盒和壳芯工艺同时并存;为了保证铸件的精度，制芯用原辅材料、芯砂的制备、制芯、砂芯去毛刺、涂料表干及组芯等各工序环节都要进行严格的控制，砂芯尽量采用机械化和自动化运输。2.3.5抛丸清理及质量控制为保证铸件表面质量和内腔清洁度，要采用抛丸、机械磨削及手工清铲等进行清理，要求抛丸清理装置只能提高铸件表面质量，不能产生铸件表面缺陷。3铸件需求增长近年来，我国铸造行业的生产技术及装备水平有了长足的进步，产品品种及产量基本上已能满足国民经济各个行业发展的需求，铸件出口量也不断增长。行业技术进步及发展变化主要反映在以下几个方面。3.1车桥树脂砂铸造技术的应用以气冲、静压造型线为代表的各类高压造型的自动化造型线已在发动机生产企业里得到广泛的应用，此外，垂直和水平分型的高压、射压、挤压等先进的造型工艺和装备的应用也大大提高了我国内燃机缸体、缸盖等薄壁高强度铸件的尺寸精度和表面质量。树脂砂技术的应用和树脂砂生产线的引进及国产化开发，已在机床、石化、发动机、通用和重机行业里形成了一批以树脂砂工艺为主的铸造生产厂点，使我国大中型铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近了国际上同类产品的水平，用树脂砂工艺生产的机床铸件已进入国际市场并占有了国内铸件出口市场的一定份额。消失模工艺由于其尺寸精度高、投资省以及环境污染少等突出优点已在汽车铝合金进气管、阀门、箱体、管件等行业得到了推广应用，并在技术难度较高的铸铁缸盖、缸体铸件的生产上逐渐应用。此外，熔炼方面引进的热风冲天炉，制芯方面引进和自行开发的冷、热芯盒射芯机、壳芯机，砂处理方面引进的高效转子混砂机，清理方面引进的机械手抛丸机等等，都使我国铸造技术水平、铸件质量及生产效率等方面提高了一大步。3.2金属型覆砂材料在柴油球铁认识中的应用效果经过多年的研究与开发，我国现已形成国产系列的各类新型孕育剂、球化剂和蠕化剂产品，并实现按国家标准进行商品化供应，有力地推进了铸件内在质量的提高。热风冲天炉、冲天炉-工频（中频）感应电炉双联熔炼、电渣熔炼等等各种新的熔炼工艺均改善了铸件的内在质量和减少了废品。金属型覆砂工艺在柴油机球铁曲轴上的应用有效地提高了曲轴的生产效率和使用寿命。此外国内自行开发的无余量精铸技术、新型的浇注系统过滤网技术等等也均有效地提高了铸件的内、外质量和生产效率。3.3提高材料使用寿命成倍地提高蠕墨铸铁在发动机排气管和大马力柴油机缸盖上的应用，高磷、含硼、矾钛等耐磨铸铁在缸套、活塞环上大量推广应用等都使这些零部件的使用寿命成倍地提高。3.4测试分析的精度和效率近几年来，行业内直读光谱仪、热分析仪、三座标测量仪已得到了普遍的应用，大大提高了测试分析的精度；计算机辅助的铸件设计、浇注系统设计、铸造生产管理和生产过程数据自动处理等等提高了工作效率和管理水平；由PC机控制的各类机械手或机器人在热、脏、累的工序里解放了一部分铸造工人的繁重体力劳动。4工艺装备水平存在的差距从总体上看，我国当前虽然称得上是一个铸造生产大国，但还不是一个铸造生产强国，与工业发达国家相比，在工艺装备水平，产品的性能、质量和生产的效率、效益方面均还存在着较大的差距，其主要表现在以下几个方面。4.1专业程度低由于长期受计划经济体制的影响，我国大部分铸造厂点均隶属于主机生产厂家，为提供毛坯作为主机厂的一个组成部分，产品局限，达不到经济规模的生产要求，因此专业化程度低，不利于技术的进步和经济效益的提高。4.2先进制造设备与先进制造技术的差距已有所体现尽管近年来我国铸造行业引进了大量国外的先进技术及装备，国内也相应地进行了消化吸收和开发研制，但总体上仍与先进国家存在明显差距，主要表现在：引进的许多先进的生产设备多数未能充分发挥效能，满负荷生产，同时国内自己消化吸收与开发能力又相对薄弱，国内自制设备性能、质量满足不了用户的要求，从而又导致了重复引进的不良局面。4.3铸造行业经济效益较低，缺乏资金支持由于铸造生产工艺及铸件产品质量受制于许多基础科学的研究和铸造装备的开发，多年来，由于体制及产业结构性的矛盾，铸造行业经济效益普遍低下，因此没有足够的资金投入来推动行业的研究开发工作，本来就显不足的铸造技术人才也纷纷外流或转行改业从事其他工作，使得一些技术含量高、技术难度大的铸件产品在性能与价格上难以取得突破性的进展，从而失去了国际市场上的竞争优势。4.4负荷普遍不足由于计划经济时代大而全、小而全的基建模式，各主机产品生产厂家均自建有铸造车间或分厂，但生产批量不够，生产负荷普遍不足。近几年来，由于乡镇铸造企业的蓬勃发展以及城市因环境保护要求，将铸件生产纷纷扩散到地方企业或乡镇企业生产，一些技术含量低、装备投入少的劳动密集型产品铸件的生产能力大大增加，但技术要求较高，装备投入大的铸造能力相对薄弱，还有些企业由于资金不足，虽已有较大投入，但尚未形成生产能力而闲置着的设备也有不少。4.5浇注压头，压芯砂芯我国当前的铸件出口量与铸件生产大国的地位是极不相称的，年出口铸件总数尚不足年总产量的10%，而且出口的铸件大多均是技术含量低劳动密集型的产品，谈不上明显的经济效益，此外，出口渠道不畅及管理组织不规范，也使众多出口生产厂家利益受损。2.2.1铁液温度>1500℃（理想温度1530℃）；铁液内[O]含量20×10-4%～40×10-4%，即炉渣内FeO量应<4%;[C]、[Si]量的波动值<0.1%。2.2.2浇注温度约1420℃，浇注系统内应设过滤网，为此要适当加大浇注压头（即加大上砂箱高度）。浇注时应随流孕育。2.2.3造型应保证平面硬度90（不均匀度小于4），侧壁硬度80～85，起模斜度1°，设计加工余量2.5～3.5mm。上型应有足够的通气孔以顺利排出浇注时型腔内砂芯的发出的气体及型砂中的水汽等。2.2.4要用下芯夹具下芯，保证下芯精度，防止人工忙乱失误。2.2.5薄壁缸体铸件落砂后不能自由掉落在鳞板输送机上，应采用机械手夹取并放在悬挂输送机上或容器内冷却及输送。2.2.6型砂性能应全面满足造型的要求，型砂温度不应超过室温加10℃，紧实率38%～43%（波动±2%），湿压强度180～200kPa，透气性>100，水份3.5%～3.8%，并实现自动控制。型砂中大于100mm的砂团量应<5%。2.2.7制芯工艺全部采用盒内硬化工艺，应保证强度、精度、溃散性及抗吸湿性。再考虑到生产率的因素，缸筒芯及定位芯（枕头芯）采用冷芯盒制芯，其余可用覆膜砂制芯；缸盖的底盘芯可用冷芯盒制芯或自硬砂芯，水套芯用覆膜砂芯；缸盖的芯子应在制芯