CN101011723A - 大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法 - Google Patents

大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法，该方法包括如下步骤：①用泡沫块切割并粘合成冷却水套模型和浇注系统模型并将两模型粘合为一体；②喷涂外壳层；③在金属砂型内用树脂砂制作冷却水套的内部支撑部件；④将粘结为一体的冷却水套和浇注系统模型放置于预先放有部分干砂的封闭砂箱中并在冷却水套模型中安放支撑部件，用干砂充实封闭砂箱；⑤密封封闭砂箱并抽真空至负压；⑥浇注铁水；⑦铸件保温后缓慢冷却至室温；⑧清理铸件并检验。采用本发明的方法铸造出的冷却水套壁厚均匀，变形量不超过1mm，铸造面无需预留加工余量就可以进行加工，并且加工后检查不存在缺陷。

Description

大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法
技术领域
本发明涉及铸造方法，特别是一种大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法。
背景技术
大功率柴油机的气缸盖、气缸套处于高温工作环境中，为保证正常运行必须对其外围进行降温。通常的降温方式是利用循环的水吸收热量来实现温度的降低，采用水冷的方式进行降温需要在气缸盖和气缸套的外部设置专门的冷却水套，该冷却水套既要结构紧凑又要安全可靠，因此冷却水套的结构设计比较独特，如图1所示，冷却水套的结构为桶状，冷却水套的内侧壁上有若干条环状凸起的密封面，冷却水套的外壁设有螺孔突台以及水管突台。以柴油机中的6S70MC冷却水套为例，该冷却水套的外径要求为θ1004-2 +4，内部直径为970和960处的密封面不允许存在气孔、疏松、夹杂物等缺陷，直径为974的非密封位置要求光洁且无缺陷。如此高的技术要求下一般的铸造方法所生产的冷却水套难以达到设计要求。
现有技术中，对冷却水套的铸造工艺是采用普通的砂型铸造，铸造完成后再进行加工的方法，该方法存在如下缺点：
①冷却水套的外圆因铸造过程中质量控制不精确而变形成椭圆，超出θ1004-2 -4的技术要求，另外还会因铸造完成的冷却水套的壁厚不均匀而达不到应用要求。
②铸造出的冷却水套的内圆面达不到应用的精度要求，只能在铸造前预留加工余量并在铸造完成后对该加工余量进行精加工后才能达到所需的精度，加工时应力释放会造成冷却水套成品变形，与汽缸进行组装后会发生漏水现象。
③冷却水套外壁上的螺孔突台和水管突台因在砂型铸造中发生疏松、缩孔等缺陷，导致整个冷却水套报废。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法。采用本发明的方法铸造出来的冷却水套尺寸符合图纸要求，减少甚至消除砂型铸造所带来的铸造缺陷，完成后铸件的内密封面不需要预留加工余量就可以直接加工、非密封面不需要进行加工，冷却水套成品后经泵水实验合格且质量稳定。
本发明的技术方案：
一种大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法，该方法包括如下步骤：
①用泡沫块切割并粘合成冷却水套模型；
②用泡沫块切割并粘合成浇注系统模型，该浇注系统模型包括浇口杯、直浇道、横浇道、底注式筛子状浇口和冒口，将浇注系统模型中的浇口杯、直浇道、横浇道和底注式筛子状浇口依次粘合，再将冷却水套模型的底端粘合于浇注系统模型中的底注式筛子状浇口上，浇注系统模型中的冒口粘合于冷却水套模型的顶端；
③在完成的冷却水套模型和浇注系统的外表面涂刷外壳层，涂刷的材料为耐火材料和粘结剂混合而成的膏状液体，涂刷完成后进行干燥；
④用呋喃树脂砂在金属芯盒中制作成冷却水套内部形状的支撑部件；
⑤先向设有抽气嘴的封闭砂型中投入部分干砂，然后将粘结为一体的冷却水套模型和浇注系统模型放置于预先放置的干砂上，并在水套模型中放入支撑部件，最后向封闭砂型用干砂充实；
⑥在封闭砂型的接口处与浇注系统的冒口处用塑料薄膜进行密封，对封闭砂型抽真空至封闭砂箱内部为负压，气压为0.040～0.042MPa；
⑦将熔炼好的铁水通过浇注系统进行浇注，浇注过程中持续对封闭砂型抽真空，并在浇注完成后保持负压一段时间；
⑧取出铸件，放入保温坑缓慢冷却至室温；
⑨清理铸件，并对铸件进行局部打磨后进行检验。
所述外壳层的涂刷所用的涂料中耐火材料为含硅量≥98％，颗粒大小≤200目的石英粉，粘结剂为聚醋酸乙烯乳液。
所述外壳层采用逐层涂刷的方式完成，每层涂刷后在40～45℃保温，保温时间大于6小时，涂刷完成后外壳层的厚度为0.6～0.8mm。
所述的筛子状浇口的底部为与冷却水套外径相同的圆环，圆环上垂直分布有多个与水套模型的底部相连接的小型浇口，所述小型浇口的直径为15～30mm，数量为20～30道，高度为40～65mm。
本发明冷却水套消失模铸造方法的技术效果是：
①铸造出的冷却水套完全解决了砂型铸造工艺中的由于变形量大，非密封面必须加工才能完成的难题，所有的铸造面不需要预留加工余量就达到工艺要求，内孔加工面积仅占原铸件加工面积的10％～30％。
②采用底注式的筛子状浇口进行浇注分散了“热节”，使铁水平稳上升，提高了密封面的质量，确保加工后检查无缺陷。
③采用呋喃树脂砂作为支撑部件，铸造出的冷却水套的外形变形量仅为1mm，壁厚尺寸均匀，确保水套内外径和圆度达到图纸的精度要求。
附图说明
图1为柴油机薄壁冷却水套的结构示意图。
图2为本发明大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法中封闭砂箱、冷却水套模型以及浇注系统的位置示意图。
图3为本发明大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法中式筛子状浇口的俯视图。
图中，
1—封闭砂箱            2—干砂         3—塑料薄膜  4—支撑部件
51—冒口               52—浇口杯      53—直浇道   54—横浇道
55—底注式筛子状浇口   6—冷却水套模型
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本发明大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法作详细的说明，但并不能以此限制本发明的保护范围。
本实施例以船用大型柴油机中的6S70MC冷却水套采用本发明的大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法进行的生产实践为例进行详细说明。
本发明的大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法包括如下步骤：
①用块状聚苯乙烯泡沫切割并粘合成冷却水套模型。冷却水套模型依照图纸，利用块状聚苯乙烯泡沫切割并粘贴的方式制造出，因为冷却水套作为大型柴油机的组成部件，加工数量少，不需要采用专门的发泡设备进行制作而增加制造成本；
②用泡沫块切割并粘合成浇注系统模型。为了适应冷却水套特殊的薄壁要求，浇注系统有必要采用专门的设计，如图2和图3所示，图2图2为本发明大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法中封闭砂箱、冷却水套模型以及浇注系统的位置示意图。图3为本发明大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法中式筛子状浇口的俯视图。由图可以看出，该浇注系统模型包括浇口杯52、直浇道53、横浇道54、底注式筛子状浇口55和冒口51，其中底注式筛子状浇口55的底部为环形，环形面的圆周上垂直分布有20道直径为20mm的柱状小型浇口，冒口51为与所述冷却水套模型直径相同的筒状体，将浇注系统模型中的浇口杯52、直浇道53、横浇道54和底注式筛子状浇口55依次粘合，再将冷却水套模型6粘合于浇注系统模型中的底注式筛子状浇口55环形分布的柱状小型浇口上，浇注系统模型中的冒口51粘合于冷却水套模型6的顶端；
③在完成的冷却水套模型6和浇注系统模型的外表面逐层涂刷外壳层，涂刷的材料为耐火材料和粘结剂混合而成的膏状液体，在冷却水套模型6和浇注系统模型的外表面逐层涂刷外壳层时，共需涂刷三层，每层的厚度为0.2mm，外壳层的总厚度为0.6mm，涂刷采用喷涂和刷涂相结合的方式进行，每涂刷一层都要进行保温，保温的温度为45℃，保温时间为6小时，喷刷物为耐火材料和粘结剂混合而成的膏状液体，其中耐火材料为含硅量超过98％、颗粒大小为200目的石英粉，粘结剂为聚醋酸乙烯，喷涂完成后采用烘干的方式进行干燥，保证外壳层不开裂，在浇注过程中不跑铁、耐高温、不粘砂；
④用呋喃树脂砂在金属芯盒中制作成支撑于冷却水套内部的支撑部件4，该支撑部件4为两个圆环，分别放置于冷却水套模型内部的突起部位，支撑部件4要求强度足够大，并且透气性良好，选用呋喃树脂在金属芯盒制作完成，完成的支撑部件4后其外部形状与冷却水套模型的内部形状相同；
⑤先向设有抽气嘴11的封闭砂型1中投入部分颗粒大小为6目的干砂2，然后将一体的冷却水套模型6和浇注系统模型放置于干砂2上，并在冷却水套模型6中放置好完成的支撑部件4，最后将封闭砂型1用干砂2充实；
⑥在封闭砂型2的接口处与浇注系统的冒口51处用厚度为0.5mm的塑料薄膜3进行密封，通过封闭砂箱1底部的抽真空嘴11对封闭砂型1进行抽真空，至封闭砂箱1的内部为负压，气压保持于0.041MPa。
⑦将熔炼好的HT250铁水通过浇注系统浇注，浇注温度为1390°，先将铁水倒入泡沫制成的浇口杯52内，由泡沫制成的浇注系统接触到高温铁水后迅速气化，高温铁水顺序流经浇口杯52、直浇道53、横浇道54至底注式筛子状浇口55的环状浇口内，再通过20个分散的柱状小浇口注入至冷却水套模型6中，冷却水套模型6的聚苯乙烯泡沫气化后铁水充满整个冷却水套模型6和浇注系统模型的空腔，在铁水自冒口51处涌出时停止浇注高温铁水，在浇注过程中由聚本乙烯泡沫气化后的气体由封闭砂箱1上的抽气嘴11抽出，持续对封闭砂型抽气保持封闭砂箱1的内部为负压，并在浇注完成后再保持该负压15分钟。
⑧浇注完成2小时后取出铸件，放入保温坑缓慢冷却至室温。
⑨割除铸件上的浇注系统，并用水力清理铸件表面的粘砂，局部进行打磨，抛丸达到表面粗糙度为Ra＜12.5，检验铸件的尺寸、壁厚、变形度，加工好螺纹孔和接水管孔以及密封面后进行验收。
采用本发明的大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法除了适用于薄壁型冷却水套的铸造以外，还适用于其他薄壁型铸件的生产，并不仅仅局限于本发明的大功率柴油机薄壁冷却水套的铸造。
毫无疑问，本发明的大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法还可以有其他取值和类型选择，不局限于上述实施例中列举的取值和类型。总之，本发明的保护范围应包括那些对本领域普通技术人员来说是显而易见的变换或替代。

Claims (4)

1.一种大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法，其特征在于包括如下步骤：
①用泡沫块切割并粘合成冷却水套模型(6)；
②用泡沫块切割并粘合成浇注系统模型，该浇注系统模型包括浇口杯(52)、直浇道(53)、横浇道(54)、底注式筛子状浇口(55)和冒口(51)，将浇注系统模型中的浇口杯(51)、直浇道(53)、横浇道(54)和底注式筛子状浇口(55)依次粘合，再将冷却水套模型(6)的底端粘合于浇注系统模型中的底注式筛子状浇口(55)上，浇注系统模型中的冒口(55)粘合于冷却水套模型(6)的顶端；
③在冷却水套模型(6)和浇注系统模型的外表面涂刷外壳层，涂刷的材料为耐火材料和粘结剂混合而成的膏状液体，涂刷完成后进行干燥；
④用呋喃树脂砂在金属芯盒中制作成冷却水套内部形状的支撑部件(4)；
⑤先向设有抽气嘴(11)的封闭砂型(1)中投入部分干砂(2)，然后将粘结为一体的冷却水套模型(6)和浇注系统模型放置于预先放置的干砂(2)上，并在冷却水套模型(6)中放入支撑部件(4)，最后将封闭砂型(1)用干砂(2)充实；
⑥将封闭砂型(1)的接口处与浇注系统模型的冒口(51)处密封，对封闭砂型(1)的抽气嘴(11)抽真空至封闭砂箱(1)的内部为负压，气压为0.040～0.042MPa；
⑦将熔炼好的铁水通过浇注系统模型进行浇注，浇注过程中持续对封闭砂型(1)抽真空，并在浇注完成后保持负压一段时间；
⑧取出铸件，放入保温坑缓慢冷却至室温；
⑨清理铸件，并对铸件进行局部打磨后进行检验。
2.根据权利要求1所述的大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法，其特征在于所述外壳层涂刷所用的涂料中耐火材料为含硅量超过98％的石英粉，粘结剂为聚醋酸乙烯乳液。
3.根据权利要求1所述的大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法，其特征在于所述外壳层的涂刷要逐层完成，每层喷涂后在40～45℃保温，保温时间大于6小时，喷涂完成后外壳层的厚度为0.6～0.8mm。
4.根据权利要求1所述的大功率柴油机薄壁冷却水套铸造方法，其特征在于所述的底注式筛子状浇口(55)的底部为与冷却水套外径相同的圆环，圆环上垂直分布有多个与冷却水套模型的底部相连接的小型浇口，所述小型浇口的直径为15～30mm，数量为20～30道，高度为40～65mm。
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