CN104874745A - 一种发动机主轴承盖的铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发动机主轴承盖的铸造工艺，包括型砂配制及铸型制造、金属熔炼浇注、铸件及落砂清理、铸件检验的步骤，所述型砂配制及铸型制造步骤中，采用呋喃树脂砂造型，所述砂型的24h抗拉强度不小于1.4MPa，所述卡箱时间不小于20h；所述金属熔炼浇注步骤中，控制铁水中碳当量在4.4—4.6％，当碳当量小于4.4％时加入碳粉调整至4.4％以上；当碳当量大于4.6％时加入废钢调整至4.6％以下；所述铸件模数不小于2.5cm；本申请技术方案解决了大型发动机主轴承盖的缩松缺陷问题，采用无冒口自补缩工艺使得该类铸件的缩松得到改善，显著减少金属材料消耗，充分利用铸铁石墨化膨胀的自补缩，能有效保证产品质量，显著提高工艺出品率达97.5％。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种发动机主轴承盖的铸造工艺。
背景技术
主轴承盖是机车内燃发动机上要求较高的零部件，用于承受冲击载荷的作用，它的精度和性能直接影响着主机的性能和寿命，是一个重要的铸件。球墨铸铁件由于其高强度、可靠性高、功能复合化的特点被广泛用于大型发动机的主轴承盖的铸造中。然而，由于发动机主轴承盖铸件的结构复杂、铸件壁厚差别大、自由收缩倾向大，具有分散的、局部热节多的特点。球墨铸铁件容易产生缩孔、缩松等铸造缺陷，使其铸造工艺难度不断加大、制造成本的急剧增加。
为了防止这些缺陷的产生，常常采用铸件重量30％—50％的冒口进行补缩，通过调节温度场使整个铸型趋于顺序凝固或同时凝固，以达到解决球墨铸铁件缩松缺陷的目的，然而这样既浪费原材料，又增加了清理工作的困难，影响生产效率和经济效益。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种发动机主轴承盖的铸造工艺，解决了大型发动机主轴承盖的缩松缺陷问题，采用无冒口自补缩工艺使得该类铸件的缩松得到改善，显著减少金属材料消耗并保证产品质量，铸件合格率达到97.5％。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种发动机主轴承盖的铸造工艺，包括型砂配制及铸型制造、金属熔炼浇注、铸件及落砂清理、铸件检验的步骤，
所述型砂配制及铸型制造步骤中，采用呋喃树脂砂造型，所述砂型的24h抗拉强度不小于1.4MPa，所述卡箱时间不小于20h；
所述金属熔炼浇注步骤中，控制铁水中碳当量在4.4—4.6％，当碳当量小于4.4％时加入碳粉调整至4.4％以上；当碳当量大于4.6％时加入废钢调整至4.6％以下；
所述铸件模数不小于2.5cm。
其中，“铸件模数”又叫铸件凝固模数，是铸件的体积与传热表面积的比值，用M＝V/A表示，单位为cm，其大小决定了铸件的凝固时间。
优选的，所述型砂配制及铸型制造步骤中，采用刚性铸铁砂箱，所述砂箱为上下箱，所述铸型的分型面设置在该铸型的中部截面，所述砂箱的上下箱采用机械法紧固，防止铸件凝固时砂箱松动。
优选的，所述型砂配制及铸型制造步骤中，所述砂型的24h抗拉强度为1.5—1.6MPa，可避免型壁移动产生缩孔。
优选的，所述型砂配制及铸型制造步骤中，所述卡箱时间为22—24h，控制卡箱时间，避免型壁移动产生缩孔。
优选的，所述金属熔炼浇注步骤中，控制碳当量在4.5％，严格控制熔炼过程中的化学成分，控制碳当量，增加石墨膨胀，促进铸件自补缩。
其中，“碳当量”为：将钢铁中各种合金元素对共晶点实际碳量的影响折算成碳的增减，这样算的碳量称为“碳当量”，用C.E.表示，其中铸铁碳当量的计算公式为：
CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S－0.03Mn]％
一般铸铁中S很低，而Mn的影响又较小，因此常简化为：
CE＝[C+0.3(Si+P)]％
优选的，所述金属熔炼浇注步骤中，所述浇注的温度为1320—1350℃，采用低温浇注，保证铁液减少液态补缩。
更为优选的，所述金属熔炼浇注步骤中，所述浇注的温度为1335℃。
优选的，所述铸件的模数为2.8cm，所述模数采用三维建模进行计算，保证其模数不小于2.5cm，优选为2.8cm。
优选的，所述铸件检验步骤中，对铸件表面进行磁粉探伤；对铸件内部区域进行超声波探伤。其中，所述主轴承盖铸件材质为QT400-15，在铸件进行检查验收时，要求对铸件的整个表面进行磁粉探伤，不允许有缩孔、缩松、裂纹铸造缺陷；对铸件内部区域进行超声波探伤，要求内部组织致密。
本申请技术方案的理论基础在于：形成铸铁件缩孔和缩松的总容积可用下式表示：
V0＝V1+V2－V3+V4
式中：
V0——缩孔、缩松的总体积
V1——液态收缩体积
V2——凝固收缩体积
V3——石墨化膨胀体积
V4——型壁移动增加的收缩体积
按工艺严格控制过程，确保铸件在共晶转变过程中，发生石墨化膨胀时，不产生型壁移动的条件下(即V4＝0)，铸件模数不小于2.5cm；使得铸件本身的石墨化膨胀可以抵消液态收缩和凝固收缩，即V1+V2＝V3，而V4＝0，因此V0＝0，即铸件能实现自补缩。
本申请与现有技术相比，其详细说明如下：本申请提供一种发动机主轴承盖的铸造工艺，包括型砂配制及铸型制造、金属熔炼浇注、铸件及落砂清理、铸件检验的步骤，限定采用呋喃树脂砂造型，所述砂型的24h抗拉强度不小于1.4MPa，所述卡箱时间不小于20h；限定了金属熔炼浇注步骤中，控制铁水中碳当量在4.4—4.6％；限定了所述铸件模数不小于2.5cm。本申请采用无冒口自补缩方案，通过控制铸造的工艺条件，能够解决大型发动机主轴承盖缩松缺陷问题，使得该类铸件的缩松得到改善，并显著减少金属材料消耗并保证产品质量。相比于现有铸造技术中高达15％的废品率，本申请生产的铸件，其合格率高达97.5％，充分利用铸铁石墨化膨胀的自补缩，能有效保证产品质量，显著提高工艺出品率。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一——本申请铸造方案
本实施例用于生产尺寸为645mm×410mm×140mm，材质为QT400-15d的主轴承盖铸件，包括型砂配制及铸型制造、金属熔炼浇注、铸件及落砂清理、铸件检验的步骤，其中：
型砂配制及铸型制造：采用刚性铸铁砂箱，所述砂箱为上下箱，所述铸型的分型面设置在中部截面，上下箱采用机械法紧固；采用呋喃树脂砂造型，所述砂型的24h抗拉强度为1.5—1.6MPa；所述卡箱时间为22—24h。
金属熔炼浇注：控制铁水中碳当量在4.4—4.6％，优选的碳当量为4.5％；当碳当量小于4.4％时加入碳粉调整至4.4％以上；当碳当量大于4.6％时加入废钢调整至4.6％以下；浇注的温度为1320—1350℃，优选的浇注温度在1335℃。
采用三维建模进行计算，保证铸件模数不小于2.5cm，更为优选的是2.8cm。
铸件检验：对铸件表面进行磁粉探伤；对铸件内部区域进行超声波探伤。
其中，本实施例采用的浇注系统如下设置：
∑F直：∑F横：∑F内＝1：4：1.1，将4道深形内浇道从分型面分散引入，其截面尺寸为：上底×下底×高＝10mm×12mm×50mm。内浇道长度适当增长，铸型充满后，使得内浇口很快凝固，防止由于石墨化膨胀造成铁水回送；同时在铸型上部均匀开若干内径为10mm的出气孔，确保铸型排气通畅；此外，在主轴承盖瓦面及其热节厚大部位设置冷铁控制其凝固过程。
其中∑F直：∑F横：∑F内＝1：4：1.1，表示直浇道、横浇道与内浇道的截面积比例1：4：1.1。当直浇道、横浇道、内浇道截面积比例为∑F直＜∑F横＜∑F内时，为开放式浇注系统，是现有技术中通常的做法，而本申请技术方案中∑F直＜∑F内＜∑F横，为半开放式浇注系统，铁水充型平稳，横浇道截面积最大即半开放式，加大横浇道截面积，内浇道长度，在浇注过程中，横浇道可以起到很好的补缩作用，很好的防止铁水充满后，开始凝固时回流，有效防止缩松、缩孔等缺陷出现。
对照例一——冒口铸造方案
本对照例用于生产尺寸为645mm×410mm×140mm，材质为QT400-15d的主轴承盖铸件，本对照例与实施例一的不同之处在于：采用冒口工艺进行铸件铸造。所述传统的冒口铸造方案采用立式造型浇注，加冒口，一箱一件。
对照例二——冷铁铸造方法
本对照例用于生产尺寸为645mm×410mm×140mm，材质为QT400-15d的主轴承盖铸件，本对照例与实施例一的不同之处在于：采用冷铁工艺进行铸件铸造。所述传统的冷铁铸造方案采用立式串浇，无冒口，一箱多件。
实验例——本申请铸造方案与传统铸造方案的对比检验
将实施例一、对照例一、对照例二所生产出的铸件进行检查，分别随机选取主轴承盖铸件各120件，检查项目包括铸件表面的磁粉探伤、铸件内部的超声波探伤、金属材料的用量，其检查结果如表1所示。
表1实验例铸件检查结果
根据表1的数据分析可知，本申请技术方案相比于传统的冒口铸造工艺和冷铁铸造工艺，其出厂合格率高达97.5％，比传统工艺生产的铸件合格率高了将近12—15％，此外，相对于冒口和冷铁工艺，铸造金属用量较少，在保证产品质量的同时减少了金属材料的消耗，降低了成本。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种发动机主轴承盖的铸造工艺，包括型砂配制及铸型制造、金属熔炼浇注、铸件及落砂清理、铸件检验的步骤，其特征在于：
所述型砂配制及铸型制造步骤中，采用呋喃树脂砂造型，所述砂型的24h抗拉强度不小于1.4MPa，所述卡箱时间不小于20h；
所述金属熔炼浇注步骤中，控制铁水中碳当量在4.4—4.6％，当碳当量小于4.4％时加入碳粉调整至4.4％以上；当碳当量大于4.6％时加入废钢调整至4.6％以下；
所述铸件模数不小于2.5cm。
2.根据权利要求1所述的一种发动机主轴承盖的铸造工艺，其特征在于：所述型砂配制及铸型制造步骤中，采用刚性铸铁砂箱，所述砂箱为上下箱，所述铸型的分型面设置在中部截面，所述砂箱的上下箱采用机械法紧固。
3.根据权利要求1所述的一种发动机主轴承盖的铸造工艺，其特征在于：所述型砂配制及铸型制造步骤中，所述砂型的24h抗拉强度为1.5—1.6MPa。
4.根据权利要求1所述的一种发动机主轴承盖的铸造工艺，其特征在于：所述型砂配制及铸型制造步骤中，所述卡箱时间为22—24h。
5.根据权利要求1所述的一种发动机主轴承盖的铸造工艺，其特征在于：所述金属熔炼浇注步骤中，控制碳当量在4.5％。
6.根据权利要求1所述的一种发动机主轴承盖的铸造工艺，其特征在于：所述金属熔炼浇注步骤中，所述浇注的温度为1320—1350℃。
7.根据权利要求6所述的一种发动机主轴承盖的铸造工艺，其特征在于：所述金属熔炼浇注步骤中，所述浇注的温度为1335℃。
8.根据权利要求1所述的一种发动机主轴承盖的铸造工艺，其特征在于：所述铸件的模数为2.8cm。
9.根据权利要求1所述的一种发动机主轴承盖的铸造工艺，其特征在于：所述铸件检验步骤中，对铸件表面进行磁粉探伤；对铸件内部区域进行超声波探伤。
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