CN103212672B - 大缸径船用低速柴油机气缸盖的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大缸径船用低速柴油机气缸盖的铸造方法，①编制铸造工艺：根据顺序凝固原则设计分型面和浇注系统；②制作木模；③造型；④烧注熔液的熔炼；⑤铸件浇注；⑥保温冷却；⑦打箱清整；⑧热处理。用本方法铸造得到的气缸盖不会出现铸造缺陷，达到了船用铸造气缸盖的技术要求。本发明方法可以大大降低生产成本，缩短生产周期，并且能在不产生甲醛等有害气体污染环境的前提下保证大缸径船用低速柴油机气缸盖的稳定铸造生产。
Description
技术领域
本发明涉及材料成型领域，特别是涉及大缸径船用低速柴油机气缸盖的铸造方法。
背景技术
气缸盖是船用柴油发动机的重要关键零部件，尤其是大型船用柴油机的气缸盖，因其长期在高温条件下工作，所以其质量要求非常高，铸件不允许有裂纹、缩孔、疏松、气孔、砂眼、夹渣、冷隔等铸造缺陷。因此，要铸造出各方面质量性能都达标的气缸盖，需要考虑较多的铸造工艺技术参数，制造难度大。因此目前国内气缸盖产品仍以锻件居多，但锻件相对于铸件生产成本高、生产周期长。目前铸造生产大缸径气缸盖的厂家还比较少，尤其是缸径为82-96cm的气缸盖在国内还没有厂家铸造生产成功。专利号为200910200341的专利为铸造生产气缸盖的方法，但其所生产的气缸盖缸径小于82cm，且其铸造方案为在气缸盖环形面上放两个冒口，这种方案使气缸盖整体补缩效果欠佳且不便于型腔中的夹杂物上浮并汇聚到冒口中，必然会影响其生产的可靠性、稳定性和产品的质量；同时其造型所使用的树脂砂成本高，发气量大，且浇注过程中产生甲醛等有害气体而污染环境。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种大缸径船用低速柴油机气缸盖的铸造工艺，用此种铸造方法得到的气缸盖不会出现裂纹、缩孔、疏松、气孔、砂眼、夹渣、冷隔等铸造缺陷，并可保证气缸盖铸造生产的可靠性和稳定性，最终实现以更低成本和更短周期进行铸造。
本发明大缸径船用低速柴油机气缸盖的铸造方法，其具体步骤如下：
①编制铸造工艺：根据顺序凝固原则设计分型面和浇注系统，以气缸盖大平面为分型面，在大平面中间放置一个圆形冒口，在冒口下设置补贴，在环绕气缸盖最大外径一周放置冷铁；浇注系统为开放式底注浇注系统，共四道底注内浇道，并在冒口上设置补浇浇道；冒口补贴下方的气缸盖内腔用泥芯来成型；
②制作木模：制作气缸盖本体外形木模、泥芯车板以及冒口模，并将木模定位在底箱型板上，冒口模定位在盖箱型板上；
③造型：用底箱型板造出气缸盖本体外部形状，用盖箱型板造出气缸盖冒口形状，用车板车出气缸盖内部泥芯形状；
④烧注熔液的熔炼：熔炼工艺方案为“EAF+LF+VD”；
⑤铸件浇注：先进行盆外引流，去掉水口中引流砂，然后对准浇口杯后先慢浇5秒，5秒后全速浇至分型面，再慢浇至快到2/3冒口高度处停浇，冒口表面均匀覆盖保温材料，然后通过冒口上的补浇浇道补浇冒口，钢水浇至要求高度后再在冒口顶面加发热剂和保温剂；
⑥保温冷却；
⑦打箱清整；
⑧热处理：包括毛坯退火以及粗加工后调质处理。
其中，步骤①在设计分型面时，以气缸盖大平面为分型面，在大平面中间放置一个圆形冒口，在冒口下设置补贴，此方案相对于其它铸造企业在环形面上对称放置两个冒口的方案，更有利于从下往上的顺序凝固，并且更有利于型腔中的夹杂物上浮并汇聚到冒口中。在环绕气缸盖最大外径一周放置冷铁，以利于顺序凝固。浇注系统为开放式底注浇注系统，共四道底注内浇道，保证钢水平稳上升，并在冒口上设置补浇浇道以使冒口保温和补缩效果更好。
步骤③造型时型砂分为面砂和衬砂，面砂为CO2水玻璃铬铁矿砂，衬砂为CO2水玻璃石英砂；型砂的具体成分见表一。水玻璃砂相对于树脂砂成本低，发气量小，且浇注过程中不产生甲醛等有害气体。型腔表面刷醇基锆英粉涂料。造型合箱完毕后对型腔进行热风烘模，保证热模浇注。
在步骤⑤中使用的保温材料优选碳化稻壳。
用本方法铸造得到的气缸盖不会出现裂纹、缩孔、疏松、气孔、砂眼、夹渣、冷隔等铸造缺陷，其经外观检验、超声波探伤、磁粉探伤、附铸试块和本体解剖试块的机械性能试验和金相检验，结果均达到了船用铸造气缸盖的技术要求。本发明成功实现了以铸造方式代替锻造方式来生产大缸径的船用低速柴油机气缸盖，可以大大降低生产成本，缩短生产周期，并且本发明的铸造方法能在不产生甲醛等有害气体污染环境的前提下保证大缸径船用低速柴油机气缸盖的稳定铸造生产。
附图说明
图1是气缸盖的铸造工艺图；
图2为气缸盖铸造工艺方案的立体展示；
图3为型腔硬化干燥烘模曲线；
图4为气缸盖毛坯退火工艺曲线；
图5为气缸盖粗加工后调质处理工艺曲线。
图1中：1-冒口，2-补贴，3-发热剂和保温剂，4-冷铁，5-冒口补缩浇道，6-泥芯，7-内浇道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的铸造工艺进行进一步详细的说明。
附图1和2具体说明了冒口大小和位置、冒口保温片摆放、浇道摆放、冷铁大小和位置、补贴设置等。
实施例1：
缸径为82cm的7RT-flex82T大缸径船用低速柴油机气缸盖铸件的具体参数如下：
铸件材质：G17CrMo5-5
铸件最大外形尺寸：φ1520mm×542mm
铸件最大壁厚：400mm
铸件最小壁厚：210mm
铸件毛坯重量：5400kg
此气缸盖的具体铸造工艺如下：
（一）铸造工艺设计。根据顺序凝固原则，以气缸盖大平面为分型面，在大平面中间放置一个圆形冒口1，在冒口1下设置补贴2，该补贴能保证有足够的补缩通道使冒口中的钢水能补缩到铸件本体最大热节处。此方案相对于在环形面上对称放置两个冒口的方案，更有利于从下往上的顺序凝固，并且更有利于型腔中的夹杂物上浮并汇聚到冒口中。冒口的大小根据铸件本体最大热节处模数的大小以及所需补缩用的钢水量来选择，使冒口的模数大于1.1倍铸件本体最大热节处的模数。经过计算后选用一只φ1000×700的圆形保温冒口，冒口带锥度1:10，上大下小。在绕气缸盖最大外径一周放置冷铁4共两层，每层36块，冷铁大小为115×115×120，以更利于顺序凝固。浇注系统为开放式底注浇注系统，共四道底注内浇道7，保证钢水平稳上升，所有直、横、内浇道直径均为φ100，另外在冒口2/3高度处设置补浇浇道，补浇浇道直径为φ60，补浇浇道的设置可使冒口的保温和补缩效果更好。
（二）根据铸造工艺方案制作气缸盖本体外形木模、泥芯车板以及冒口模，并将木模定位在底箱型板上，冒口模定位在盖箱型板上。木模必须上漆，以保证表面光洁度，使容易脱模。
（三）造型时型砂分为面砂和衬砂，面砂为CO2水玻璃铬铁矿砂，衬砂为CO2水玻璃石英砂，原砂要求见表一，水玻璃模数为M=2.2～2.4，比重为1.48～1.56(温度15℃时浓度48～54Be')，混砂工艺为原砂+水玻璃+白泥+水(适量)→混碾6～7分钟出砂。制作泥芯时，需在泥芯6内部放置大块砂、焦炭，以便排气，并保证泥芯的退让性。外模和泥芯制作完成后进窑硬化干燥，烘模曲线如附图3所示。烘模后型腔表面刷三遍醇基锆英粉涂料。合箱时检查砂型、泥芯干燥程度，砂型、泥芯各部尺寸是否准确，冒口位置、尺寸是否正确。吸净型内散砂后再合箱。合箱完毕后在浇注前对型腔进行热风烘模，保证热模浇注。
（四）熔炼工艺方案为“EAF（电弧炉）+LF（盛钢桶精炼炉）+VD（真空循环脱气炉）”。EAF炉熔炼钢水完成后，钢水进LF炉进行精炼。精炼时调整好精炼过程的氩气流量和压力，吹氩压力0.20-0.40MPa、氩气流量≤40NL/min，精炼时间＞55分钟，精炼出站温度：1660-1680℃。LF炉精炼完成后再进VD炉精炼。进行VD前将氩气调整至软吹，以不吹破渣面为准，其流量为20-30NL/min，VD10分钟后或真空度200Pa以下，将氩气流量调大至50-70NL/min。破空后软吹氩3-5min，吹氩喂线按AL线0.35Kg/t进行喂线，喂线后继续软吹氩3-5min。。钢液出站温度为：1570-1590℃。
（五）浇注采用φ80水口钢包，浇注温度为1545℃。钢包水口打开后先进行盆外引流，去掉水口中引流砂，然后对准浇口杯后先慢浇5秒，5秒后全速浇至分型面，再慢浇至快到冒口2/3高度处停浇，冒口表面均匀覆盖少量碳化稻壳，然后通过冒口部位的补浇浇道5补浇冒口，钢水浇至要求高度后再在冒口顶面加发热剂和保温剂3。
（六）保温冷却。保温5天后初次割冒口，冒口保留高度150~200mm。
（七）保温7天后，在铸件温度低于300℃的条件下，对铸件进行打箱清整。
（八）热处理包括毛坯退火和粗加工后调质处理。毛坯退火后在温度≥300℃时割试块、披缝以及残余冒口和浇道。毛坯经过粗加工后再进行淬火+回火的调质处理。具体的退火和调质热处理工艺曲线见附图4和5。
本发明的方法尤其适于82≤缸径≤96的气缸盖的铸造生产。
表一 原砂要求
Claims (10)
1. 大缸径船用低速柴油机气缸盖的铸造方法，其具体步骤如下：
①编制铸造工艺：根据顺序凝固原则设计分型面和浇注系统，以气缸盖大平面为分型面，在大平面中间放置一个圆形冒口，在冒口下设置补贴，在环绕气缸盖最大外径一周放置冷铁；浇注系统为开放式底注浇注系统，共四道底注内浇道，并在冒口上设置补浇浇道；冒口补贴下方的气缸盖内腔用泥芯来成型；
②制作木模：制作气缸盖本体外形木模、泥芯车板以及冒口模，并将木模定位在底箱型板上，冒口模定位在盖箱型板上；
③造型：用底箱型板造出气缸盖本体外部形状，用盖箱型板造出气缸盖冒口形状，用车板车出气缸盖内部泥芯形状；
④烧注熔液的熔炼：熔炼工艺方案为“EAF+LF+VD”；
⑤铸件浇注：先进行盆外引流，去掉水口中引流砂，然后对准浇口杯后先慢浇5秒，5秒后全速浇至分型面，再慢浇至快到2/3冒口高度处停浇，冒口表面均匀覆盖保温材料，然后通过冒口上的补浇浇道补浇冒口，钢水浇至要求高度后再在冒口顶面加发热剂和保温剂；
⑥保温冷却；
⑦打箱清整：保温7天后，在铸件温度低于300℃的条件下，对铸件进行打箱清整；
⑧热处理：包括毛坯退火以及粗加工后调质处理。
2. 根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：步骤③造型时型砂分为面砂和衬砂，面砂为CO2水玻璃铬铁矿砂，衬砂为CO2水玻璃石英砂。
3.根据权利要求2所述的铸造方法，其特征是：水玻璃模数为M=2.2～2.4，比重为1.48～1.56。
4.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：步骤③造型时型腔表面刷醇基锆英粉涂料；造型合箱完毕后对型腔进行热风烘模，保证热模浇注。
5.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：步骤①中的补浇浇道处于冒口的2/3高度位置。
6.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：步骤③造型时型腔表面刷混砂工艺为原砂+水玻璃+白泥+水→混碾6～7分钟出砂。
7.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：步骤③制作泥芯时，需在泥芯内部放置大块砂、焦炭，以便排气，并保证泥芯的退让性。
8.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：步骤④的熔炼工艺方案为“EAF+LF+VD”：EAF熔炼钢水完成后，钢水进行LF精炼：精炼时调整好精炼过程的氩气流量和压力，吹氩压力0.20-0.40MPa、氩气流量≤40NL/min，精炼时间＞55分钟，精炼调包温度：1660-1680℃；LF精炼完成后再进VD精炼；进行VD前将氩气调整至软吹，以不吹破渣面为准，其流量为20-30NL/min，VD10分钟后至真空度200Pa以下，将氩气流量调大至50-70NL/min，破空后软吹氩3-5min，吹氩喂线按Al线0.35Kg/t进行喂线，喂线后继续软吹氩3-5min，钢液调包温度为：1570-1590℃。
9.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：步骤⑤浇注温度为1545℃。
10.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征是：步骤⑧具体为：毛坯退火后在温度≥300℃时割试块、披缝以及残余冒口和浇道；毛坯经过粗加工后再进行淬火+回火的调质处理。
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