优化柴油机气缸套的铸造工艺训练

1.生产性质、结构特点和技术要求

（1）生产性质 批量生产。

（2）材质 铬钼铜合金铸铁，牌号为HTRCr。

（3）结构特点 该铸件壁厚不均匀，平均壁厚为35mm，外形尺寸为ϕ970mm×2155mm。气缸套的中段有排气口和扫气口各一层，周围有冷却用水夹层两个。气缸套要求承受活塞环成千上万次的往返摩擦及燃气爆炸时的高温（温度为1500℃）、爆炸压力（8.5MPa）的作用，对铸件质量要求很高。

（4）技术要求 该件化学成分要求为w（C）=2.8%～3.3%，w（Mn）=0.7%～1.0%，w（Si）=1.6%～2.3%，w（P）＜0.2%，w（S）＜0.15%，w（Cr）=0.15%～0.35%，w（Mo）=0.30%～0.60%，w（Cu）=0.60%～1.0%。气缸套要做金相检验，其显微组织应为珠光体；不允许有裂纹、缩松、缩孔等缺陷；要进行渗漏试验，试验压力为0.7MPa（加工完后进行）；缸套硬度要求达到190～248HBW。

2.造型方法和砂型种类

气缸套采用手工造型、干型浇注。由于是批量生产，外模样又较高大，故采用铸铁制的金属模样，分成六节组装而成，如图4-89所示。为了起模方便，各段金属模样都有较大的起模斜度；高压端（下端）则采用抽芯模样。

造型时，将各段金属模样分别放在带有定位装置的模底板上，以便准确地合型。

造型用的型砂为普通黏土砂，要求透气性大于300，湿压强度为0.04～0.05MPa，干压强度应大于0.88MPa。

图4-86 进给箱体工艺示意图

注：非加工面起模斜度为1°；1^#和2^#砂芯一起用专用夹具下芯；未注明圆角为R3～R5。

图4-87 进给箱体铸型装配图

图4-88 进给箱体铸件图

图4-89 气缸套金属模样

3.浇注位置和分型面

铸件的浇注位置正确与否，是保证铸件质量的关键。因此，在设计铸造工艺时要首先考虑浇注位置。就此气缸套来看，要么卧浇，要么立浇。但从保证铸件质量出发，只有立浇可取，故采用立浇方案。但根据哪一端朝上立浇也存在两种方法：一种是把承受高温、高压的一端（有承肩的一端）放在上部，另一种是把该端放在下部。由于承肩处有热节，凝固过程需要补缩，因此按照顺序凝固原则将其放在上部，再配以大冒口，对补缩是有利的。但考虑到铸铁体收缩小，流动性好，将该端放在下部也可以确保铸件质量，故最终采用了图4-90所示的浇注位置。实践证明，此方案是可行的。

图4-90 气缸套的铸造工艺图

a）气缸套铸造工艺图 b）气缸套铸造工艺立体图

1—横浇道 2—铁液过桥 3—下出气冒口 4—上出气冒口 5—雨淋式浇注系统 6—浇口盆 7—直浇道 8—铸件 9—集渣包 10—内浇道

根据铸件的分型面对应的浇注位置，也有两种方案：一是卧做轴向分型，二是立做径向分型。一般来说，轴向对称分型，造型方便，砂箱数量少，尺寸也较精确。但气缸套的扫、排气口要求铸出，这就要求下芯准确。另外，两个冷却水夹层，既窄且深（宽度为30mm，深度为350mm），若卧做，则砂芯为悬臂芯，难以放稳，而且3^#扫气口砂芯和4^#排气口砂芯也很难保证尺寸精度。因此，综合考虑，还是径向分型，立做立浇方案比较合理。共有4个分型面，采用多箱造型。(www.xing528.com)

4.砂芯分块和制芯

在浇注位置和分型面确定以后，砂芯的分块问题就好解决了。气缸套主要砂芯有7个（见图4-90a），分别是缸套中央筒子砂芯（1^#）、深夹层砂芯（2^#）、排气口砂芯（3^#）、扫气口砂芯（4^#）、补砂砂芯（5^#）、浅夹层砂芯（6^#）和雨淋式浇注系统砂芯（7^#）。

1^#砂芯是重中之重，制芯时要格外小心。它采用专用芯砂和铁芯盒制作，要求芯砂透气性大于400，湿压强度为0.04～0.047MPa，干压强度大于0.88MPa。砂芯烘干后，应对开裂的部位刷些清水、稀泥浆，用芯砂仔细填补紧实，再刷上涂料，烘干。2#砂芯要求排气通畅，溃散性好，可用油砂或糖浆砂制作，并在砂芯中做出两道通气环（用草绳）。

5.浇注系统和冒口

由于铸件高大，壁厚较薄，组织和硬度要求均匀，内外表面要光滑清洁，不允许有缺陷存在，因此浇注系统采用底注，多道切线内浇道和雨淋式浇注系统联合的形式（见图4-90b），先从底注浇道引入铁液，当型腔中铁液高度达铸件高度的2/3时，再拔去雨淋式浇注系统的塞头，使铁液从雨淋式浇注系统进入，这样可使铁液继续平稳上升，又避免一开始就从雨淋式浇注系统进入而引起铁液飞溅。

浇注系统和冒口的具体尺寸如下：

（1）雨淋式浇注系统

1）内浇道：上端孔眼直径为15mm，下端孔眼直径为22mm，共16只，总截面积为28.2cm²。

2）横浇道：其截面尺寸为70mm/50mm×70mm，总截面积为84cm²（双向）。

（2）底注切线浇道

1）内浇道：截面尺寸为60mm/55mm×6mm，共12道，总截面积为41.4cm²。

2）横浇道：截面尺寸为65mm/45mm×70mm，总截面积为38.5cm²（单向）。

3）直浇道：截面尺寸为ϕ80mm，截面积为50cm²，各单元截面积比为ΣA_内∶ΣA_横∶ΣA_直=1∶0.93∶1.2。

4）浇口盆：容量为1000kg。

（3）冒口 上部为环形冒口，铸件上端加高250mm，冒口内侧补贴斜度为6°。

（4）出气冒口 上出气冒口1个，直径为40mm；下出气冒口3个，直径为30mm。

6.主要工艺参数

铸件径向线收缩率取0.83%。因铸件轴向长度较长，若按0.83%放缩，则轴向尺寸增大，故根据经验，轴向线收缩率取0.5%。

加工余量参照三级精度铸铁件加工余量表来选取，如外圆表面加8mm，内圆表面加10mm等。

7.合型浇注

铸型很高，地面一定要平整结实，以保证1^#砂芯的垂直度。由于金属液静压力很大，故应严防浇注时跑火。合型时要仔细清除型腔杂物，合型后要防止杂物落入型腔。浇注温度为1310～1330℃，浇注速度为35～55mm/s。

气缸套铸型装配图如图4-91所示。

图4-91 气缸套铸型装配图