CN108927496A - 一种中高速柴油机机体浇注系统 - Google Patents

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陈晓龙
郭敏
赵悦光
卫蓉
李骥
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Abstract

本发明公开了一种中高速柴油机机体浇注系统，包括直浇道（1）、横浇道（2）、内浇道（3），直浇道（1）的入口端用于连接定量浇口杯（4），直浇道（1）的出口端与横浇道（2）连接，所述横浇道（2）为垂直于直浇道（1）呈水平方向设置的通道，所述横浇道（2）的入口端与直浇道（1）的出口端连接，横浇道（2）的出口端与所述内浇道（3）的入口端连接，所述内浇道（3）的出口端用于与待浇注的铸型型腔连通，所述直浇道（1）的入口端和所述横浇道（2）的出口端采用第一T型浇道（5）连接，第一T型浇道（5）为包括两个横向端口（51）和垂直端口的三通瓷管（52），第一T型浇道（5）水平放置，以使其三个端口均在同一个水平面内。

Description

一种中高速柴油机机体浇注系统
技术领域
本发明涉及柴油机机体浇注系统，尤其涉及一种中高速柴油机机体浇注系统。
背景技术
大型柴油机主要用于造船行业作为船舶的主动力，近些年随着核电领域的快速发展，同时用于核电机组应急发电、陆地固定发电以及移动发电也正在逐年增强。但改革开放以来，国内柴油机技术的发展主要是通过引进许可证专利进行国产化研制的方式进行。这种只按图纸国产化生产、无开发创新的先天性缺点，与国外相比，存在着没有自主知识产权，生产模式落后，关键零部件配套能力差，经济效益低等问题。因此，只引进而不注重技术的消化吸收和再创新，势必削弱自主研究开发的能力，拉大与世界先进水平的差距。
柴油机是船舶的重要组成部分之一，柴油机的性能直接影响着船舶的行驶，而作为柴油机主体部件的机体，它的性能更是保证柴油机正常工作的前提，对铸件质量要求很高。机体的缸孔、主轴承螺栓孔、主轴瓦面、横向螺栓孔、缸盖螺栓孔、底脚板等部位存在较厚大的热节，容易产生缩孔、缩松缺陷，影响柴油机的装配和使用功能。因此，在铸造过程中必须设计更加合理的铸造工艺，而浇注系统在铸件生产中具有十分重要的地位。
浇注系统是引导液态金属进入型腔的一系列通道的总称，是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。而液态金属的充型能力受金属的流动性、铸型的性质、浇注条件、铸件结构等方面因素的影响，是各种因素的综合反映。在一定的浇注条件下，金属液的充型能力与它在型腔中的平均流速v及从它进入型腔直到停止流动为止的时间t密切相关。合适的流速v和浇注时间t浇是保证铸型充填良好的最基本的条件。所以在工艺设计时要综合考虑金属的流动性、铸型的性质、浇注条件及铸件结构等综合影的基础上，设计出合理的浇注系统结构。
不同结构、不同复杂程度的机体，浇注系统有所不同，对于直列机体一般采用立式浇注和卧式浇注两种方案（见图1、2）；而对于V型机体一般采用底注式浇注和阶梯式浇注（见图3、4）。合理的浇注系统将保证金属液有足够的能量来克服在充型过程中所遇到的各种阻力和使金属液在进入型腔之前的热损耗减至最低限度。所以，在柴油机机体的铸造过程中，浇注系统的设计对铸件的质量有很大的影响，且浇注系统是铸型充填系统中的重要环节。
针对不同柴油机机体，浇注系统设计对机体质量具有关键的影响作用，浇注系统设置不当，直接导致机体在关键部位例如凸轮轴孔、缸孔下沿、曲轴孔产生冲砂、夹砂、夹渣等多种铸造缺陷，甚至会使铸件报废。因此，根据机体结构和技术要求必须设计更加合理的浇注系统，对提高铸件质量及降低生产成本具有重要意义。
然而在现有技术中，由于浇注系统设计不尽充分合理，铁水充型不够平稳，有紊流、卷气、冲砂等问题，经常在机体上、下缸孔的下沿、主轴承孔、凸轮轴孔存在夹杂缺陷。
因此，有必要提供一种中高速柴油机机体浇注系统，以解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种中高速柴油机机体浇注系统。
本发明提供一种中高速柴油机机体浇注系统，采用如下技术方案：
一种中高速柴油机机体浇注系统，包括直浇道 1 、横浇道 2 、内浇道 3 ，所述直浇道1 的入口端用于连接定量浇口杯 4 ，直浇道 1 的出口端与横浇道 2 连接，所述横浇道 2为垂直于直浇道 1 呈水平方向设置的通道，所述横浇道 2 的入口端与直浇道 1 的出口端连接，横浇道 2 的出口端与所述内浇道 3 的入口端连接，所述内浇道 3 的出口端用于与待浇注的铸型型腔连通，所述直浇道 1 的入口端和所述横浇道 2 的出口端采用第一T型浇道 5 连接，所述第一T型浇道 5 为包括两个横向端口 51 和一个垂直端口的三通瓷管 52 ，所述第一T型浇道5 水平放置，以使其三个端口均在同一个水平面内，所述第一T型浇道 5 的一个横向端口 51 与所述直浇道 1 出口端连接，第一T型浇道 5 的另一个横向端口 51 使用金属堵板封堵，所述第一T型浇道 5 的垂直端口与所述横浇道 2 的入口端连接。所述横浇道 2 的一端与所述第一T型浇道 5 的另一个横向端口连接，另一端与第二T型浇道 6 的一个横向端口连接，将所述第二T型浇道 6 的另一个横向端口采用金属堵板封堵，所述第二T型浇道 6 的垂直端口与内浇道 3 的一端连接。
优选的，所述定量浇口杯 4 底部开通有底部出口 41 ，所述底部出口 41 与直浇道 1 的入口端连通。
在定量浇口杯 4 内还设有控制底部出口 41 通闭的控制装置。
优选的，所述控制装置为柱塞 42 ，所述柱塞 42 底部外径贴合底部出口 41 设置，其顶端固定连接有连杆 43 。
优选的，所述控制装置包括柱塞 42 、杠杆 44 ，所述柱塞 42 底部外径贴合底部出口 41 设置，其顶端固定连接有连杆 43 ；所述杠杆 44 中部以定量浇口杯 4 上部杯口为支点与定量浇口杯 4 可转动连接，其一端与连杆 43 顶部铰接。
进一步的方案为，所述直浇道选用φ70，单个截面积为38.47cm2。
进一步的方案为，所述横浇道 2 采用截面尺寸是的梯形横浇道，单个横浇道的截面积是114cm2。
与相关技术相比，本发明具有如下技术效果：
本发明的浇注系统设计，运用于实际生产过程中，可操作性强，浇注过程中铁水充型平稳，补缩充分，铸件质量大幅提升，通过加工及装配验证，机体表面质量和内部质量均满足技术要求，并对首台机体进行射线探伤检测，检测结果符合技术要求，同时后续投产的该型机体的成品率为100%。这种浇注系统使用在大型柴油机机体铸造工艺中，实现铁水充型平稳，减少了铁水紊流，有利于球铁件的自补缩，最终减少了机体缩孔缩松，夹砂夹渣等现象。确保该型柴油机机体一次试制成功，并为后续柴油机机体铸造工艺设计提供了宝贵经验。
附图说明
图1为现有技术中直列机体的立式浇注设计的结构示意图；
图2为现有技术中直列机体的卧式浇注设计的结构示意图；
图3为现有技术中V型机体的底注式浇注设计的结构示意图；
图4为现有技术中V型机体的阶梯式浇注设计的结构示意图；
图5为本发明的定量浇口杯4与型腔连接关系示意图；
图6为本发明的定量浇口杯4与型腔连接仰视图；
图7为本发明的第一T型浇道5结构示意图；
图8为本发明的浇注装置的结构示意图；
图9为本发明实施例1的定量浇口杯 4 的结构示意图；
图10为本发明实施例2的定量浇口杯 4 的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图5-7所示，本发明的一种中高速柴油机机体浇注系统，包括直浇道 1 、横浇道2 、内浇道 3 ，所述直浇道 1 的入口端用于连接定量浇口杯 4 ，直浇道 1 的出口端与横浇道 2 连接，所述横浇道 2 为垂直于直浇道 1 呈水平方向设置的通道，所述横浇道 2的入口端与直浇道 1 的出口端连接，横浇道 2 的出口端与所述内浇道 3 的入口端连接，所述内浇道 3 的出口端用于与待浇注的铸型型腔连通，所述直浇道 1 的入口端和所述横浇道 2 的出口端采用第一T型浇道 5 连接，所述第一T型浇道 5 为包括两个横向端口 51和一个垂直端口的三通瓷管 52 ，所述第一T型浇道 5 水平放置，以使其三个端口均在同一个水平面内，所述第一T型浇道 5 的一个横向端口 51 与所述直浇道 1 出口端连接，第一T型浇道 5 的另一个横向端口 51 使用金属堵板封堵，所述第一T型浇道 5 的垂直端口与所述横浇道 2 的入口端连接。所述横浇道 2 的一端与所述第一T型浇道 5 的另一个横向端口连接，另一端与第二T型浇道 6 的一个横向端口连接，将所述第二T型浇道 6 的另一个横向端口采用金属堵板封堵，所述第二T型浇道 6 的垂直端口与内浇道 3 的一端连接。
实施例1
如图9所示，在本实施例中，所述定量浇口杯 4 底部开通有底部出口 41 ，所述底部出口 41 与直浇道 1 的入口端连通。
在定量浇口杯 4 内还设有控制底部出口 41 通闭的控制装置。
所述控制装置为柱塞 42 ，所述柱塞 42 底部外径贴合底部出口 41 设置，其顶端固定连接有连杆 43 。
所述直浇道选用φ70，单个截面积为38.47cm2。
所述横浇道 2 采用截面尺寸是的梯形横浇道，单个横浇道的截面积是114cm2。
实施例2
如图10所示，在本实施例中，所述定量浇口杯 4 底部开通有底部出口 41 ，所述底部出口 41 与直浇道 1 的入口端连通。
在定量浇口杯 4 内还设有控制底部出口 41 通闭的控制装置。
所述控制装置包括柱塞 42 、杠杆 44 ，所述柱塞 42 底部外径贴合底部出口 41设置，其顶端固定连接有连杆 43 ；所述杠杆 44 中部以定量浇口杯 4 上部杯口为支点与定量浇口杯 4 可转动连接，其一端与连杆 43 顶部铰接。
所述直浇道选用φ70，单个截面积为38.47cm2。
所述横浇道 2 采用截面尺寸是的梯形横浇道，单个横浇道的截面积是114cm2。
本发明采用开放底注式浇注系统，直浇道1为阻流截面，横浇道2截面积最大，这种设计满足了大容量输送铁水的同时，即可保证铁水充型平稳，又能保证熔渣在横浇道2内充分上浮，避免进入型腔。其各单元截面积比例按∑F直:∑F横:∑F内=1:2.5:3.5设计。
a.直浇道截面积按公式：
其中：G =40000 kg
µ--流速系数，取0.46
浇注时间
s1—系数，取1.2
δ—铸件主要部分壁厚，取40mm
金属液面上升速度复核：
V上升=C/t=1820÷140≈13（mm/s）（c为铸件高度，t为浇注时间）
符合铁水最小上升速度的要求，V上升为10～20mm/s。
平均静压头cm
直浇道数量为4个，则单个截面积：F直=
实际选用4个φ70直浇道，单个截面积为38.47cm2，由于直浇道高度较高，中间段设计有“S”型缓冲结构，防止因铁水落差太大而导致在直浇道底部产生冲砂或飞溅现象。
本发明的内浇道截面积：
根据浇注系统各部分比例关系得：
∑F内=38.47×4×3.5=539 cm2
实际采用44个φ40的内浇口。
单个φ40内浇口的截面积是12.56cm2
∑F内=44×12.56=553 cm2
内浇口出口平均流速校核：
根据实践经验，铁水内浇口出口流速应控制在≤100cm/s。
为了进一步增加浇注系统撇渣能力，内浇口在横浇道高度方向的中间位置搭接，优点是即可保证浇注开始时的流头脏铁水进入型腔，又能防止后续铁水中的熔渣进入型腔。
本发明的横浇道截面积：
根据浇注系统各部分比例关系得：
∑F横=154×2.5=385cm2
实际采用截面尺寸是的梯形横浇道，单个横浇道的截面积是114cm2。
本发明的定量浇口杯4的设计：
采用带拔塞机构的半定量浇口杯（25T），浇注时先在浇口杯中倒入25T铁水，待熔渣充分上浮后控制拔塞机构打开柱塞，铁水开始进入型腔，迅速将剩余15T铁水倒入浇口杯中，由于浇口杯中有较高液面，熔渣一直浮在表面，不容易进入型腔，同时，在浇注尾声进行多次补缩，充分利用球墨铸铁石墨化膨胀的自补缩功能，提高厚大部位的致密度。
如图8所示，本发明的浇注装置，是由若干中高速柴油机机体浇注系统组成。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种中高速柴油机机体浇注系统，其特征在于：包括直浇道（1）、横浇道（2）、内浇道（3），所述直浇道（1）的入口端用于连接定量浇口杯（4），直浇道（1）的出口端与横浇道（2）连接，所述横浇道（2）为垂直于直浇道（1）呈水平方向设置的通道，所述横浇道（2）的入口端与直浇道（1）的出口端连接，横浇道（2）的出口端与所述内浇道（3）的入口端连接，所述内浇道（3）的出口端用于与待浇注的铸型型腔连通，所述直浇道（1）的入口端和所述横浇道（2）的出口端采用第一T型浇道（5）连接，所述第一T型浇道（5）为包括两个横向端口（51）和一个垂直端口的三通瓷管（52），所述第一T型浇道（5）水平放置，以使其三个端口均在同一个水平面内，所述第一T型浇道（5）的一个横向端口（51）与所述直浇道（1）出口端连接，第一T型浇道（5）的另一个横向端口（51）使用金属堵板封堵，所述第一T型浇道（5）的垂直端口与所述横浇道（2）的入口端连接；所述横浇道（2）的一端与所述第一T型浇道（5）的另一个横向端口连接，另一端与第二T型浇道（6）的一个横向端口连接，将所述第二T型浇道（6）的另一个横向端口采用金属堵板封堵，所述第二T型浇道（6）的垂直端口与内浇道（3）的一端连接。
2.如权利要求1所述的一种中高速柴油机机体浇注系统，其特征在于：所述定量浇口杯（4）底部开通有底部出口（41），所述底部出口（41）与直浇道（1）的入口端连通。
3.如权利要求2所述的一种中高速柴油机机体浇注系统，其特征在于：在定量浇口杯（4）内还设有控制底部出口（41）通闭的控制装置。
4.如权利要求3所述的一种中高速柴油机机体浇注系统，其特征在于：所述控制装置为柱塞（42），所述柱塞（42）底部外径贴合底部出口（41）设置，其顶端固定连接有连杆（43）。
5.如权利要求3所述的一种中高速柴油机机体浇注系统，其特征在于：所述控制装置包括柱塞（42）、杠杆（44），所述柱塞（42）底部外径贴合底部出口（41）设置，其顶端固定连接有连杆（43）；所述杠杆（44）中部以定量浇口杯（4）上部杯口为支点与定量浇口杯（4）可转动连接，其一端与连杆（43）顶部铰接。
6.如权利要求1-5任一所述的一种中高速柴油机机体浇注系统，其特征在于：所述直浇道选用φ70，单个截面积为38.47cm2。
7.如权利要求1-5任一所述的一种中高速柴油机机体浇注系统，其特征在于：所述横浇道（2）采用截面尺寸是的梯形横浇道，单个横浇道的截面积是114cm2。
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