大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的鑄造方法
2023-08-01 10:27:01 1
專利名稱：大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的鑄造方法
技術領域：
本發明涉及材料成型領域，特別是涉及大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的鑄造方法。
背景技術：
氣缸蓋是船用柴油發動機的重要關鍵零部件，尤其是大型船用柴油機的氣缸蓋，因其長期在高溫條件下工作，所以其質量要求非常高，鑄件不允許有裂紋、縮孔、疏鬆、氣孔、砂眼、夾渣、冷隔等鑄造缺陷。因此，要鑄造出各方面質量性能都達標的氣缸蓋，需要考慮較多的鑄造工藝技術參數，製造難度大。因此目前國內氣缸蓋產品仍以鍛件居多，但鍛件相對於鑄件生產成本高、生產周期長。目前鑄造生產大缸徑氣缸蓋的廠家還比較少，尤其是缸徑為82-96cm的氣缸蓋在國內還沒有廠家鑄造生產成功。專利號為200910200341的專利為鑄造生產氣缸蓋的方法，但其所生產的氣缸蓋缸徑小於82cm，且其鑄造方案為在氣缸蓋環形面上放兩個冒口，這種方案使氣缸蓋整體補縮效果欠佳且不便於型腔中的夾雜物上浮並匯聚到冒口中，必然會影響其生產的可靠性、穩定性和產品的質量；同時其造型所使用的樹脂砂成本高，發氣量大，且澆注過程中產生甲醛等有害氣體而汙染環境。
發明內容
本發明所要解決的問題是提供一種大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的鑄造工藝，用此種鑄造方法得到的氣缸蓋不會出現裂紋、縮孔、疏鬆、氣孔、砂眼、夾渣、冷隔等鑄造缺陷，並可保證氣缸蓋鑄造生產的可靠性和穩定性，最終實現以更低成本和更短周期進行鑄造。本發明大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的鑄造方法，其具體步驟如下:
①編制鑄造工藝:根據順序凝固原則設計分型面和澆注系統，以氣缸蓋大平面為分型面，在大平面中間放置一個圓形冒口，在冒口下設置補貼，在環繞氣缸蓋最大外徑一周放置冷鐵；澆注系統為開放式底注澆注系統，共四道底注內澆道，並在冒口上設置補澆澆道；冒口補貼下方的氣缸蓋內腔用泥芯來成型；
②製作木模:製作氣缸蓋本體外形木模、泥芯車板以及冒口模，並將木模定位在底箱型板上，冒口模定位在蓋箱型板上；
③造型:用底箱型板造出氣缸蓋本體外部形狀，用蓋箱型板造出氣缸蓋冒口形狀，用車板車出氣缸蓋內部泥芯形狀；
④燒注熔液的熔煉:熔煉工藝方案為「EAF+LF+VD」；
⑤鑄件澆注:先進行盆外引流，去掉水口中引流砂，然後對準澆口杯後先慢澆5秒，5秒後全速澆至分型面，再慢澆至快到2/3冒口高度處停澆，冒口表面均勻覆蓋保溫材料，然後通過冒口上的補澆澆道補澆冒口，鋼水澆至要求高度後再在冒口頂面加發熱劑和保溫劑；
⑥保溫冷卻；
⑦打箱清整；
⑧熱處理:包括毛坯退火以及粗加工後調質處理。
其中，步驟①在設計分型面時，以氣缸蓋大平面為分型面，在大平面中間放置一個圓形冒口，在冒口下設置補貼，此方案相對於其它鑄造企業在環形面上對稱放置兩個冒口的方案，更有利於從下往上的順序凝固，並且更有利於型腔中的夾雜物上浮並匯聚到冒口中。在環繞氣缸蓋最大外徑一周放置冷鐵，以利於順序凝固。澆注系統為開放式底注澆注系統，共四道底注內澆道，保證鋼水平穩上升，並在冒口上設置補澆澆道以使冒口保溫和補縮效果更好。步驟③造型時型砂分為面砂和襯砂，面砂為CO2水玻璃鉻鐵礦砂，襯砂為CO2水玻璃石英砂；型砂的具體成分見表一。水玻璃砂相對於樹脂砂成本低，發氣量小，且澆注過程中不產生甲醛等有害氣體。型腔表面刷醇基鋯英粉塗料。造型合箱完畢後對型腔進行熱風烘模，保證熱模澆注。在步驟⑤中使用的保溫材料優選碳化稻殼。用本方法鑄造得到的氣缸蓋不會出現裂紋、縮孔、疏鬆、氣孔、砂眼、夾渣、冷隔等鑄造缺陷，其經外觀檢驗、超聲波探傷、磁粉探傷、附鑄試塊和本體解剖試塊的機械性能試驗和金相檢驗，結果均達到了船用鑄造氣缸蓋的技術要求。本發明成功實現了以鑄造方式代替鍛造方式來生產大缸徑的船用低速柴油機氣缸蓋，可以大大降低生產成本，縮短生產周期，並且本發明的鑄造方法能在不產生甲醛等有害氣體汙染環境的前提下保證大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的穩定鑄造生產。
圖1是氣缸蓋的鑄造工藝 圖2為氣缸蓋鑄造工藝方案的立體展示；
圖3為型腔硬化乾燥烘模曲線；
圖4為氣缸蓋毛坯退火工藝曲線；
圖5為氣缸蓋粗加工後調質處理工藝曲線。圖1中:1_冒口，2-補貼，3-發熱劑和保溫劑，4-冷鐵，5-冒口補縮澆道，6-泥芯，7-內澆道。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的鑄造工藝進行進一步詳細的說明。附圖1和2具體說明了冒口大小和位置、冒口保溫片擺放、澆道擺放、冷鐵大小和位置、補貼設置等。 實施例1:
缸徑為82cm的7RT-flex82T大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋鑄件的具體參數如下:
鑄件材質:G17CrMo5-5
鑄件最大外形尺寸:Φ 1520_Χ542_
鑄件最大壁厚:400mm 鑄件最小壁厚:210mm 鑄件毛坯重量:5400kg 此氣缸蓋的具體鑄造工藝如下:(一)鑄造工藝設計。根據順序凝固原則，以氣缸蓋大平面為分型面，在大平面中間放置一個圓形冒口 1，在冒口 I下設置補貼2，該補貼能保證有足夠的補縮通道使冒口中的鋼水能補縮到鑄件本體最大熱節處。此方案相對於在環形面上對稱放置兩個冒口的方案，更有利於從下往上的順序凝固，並且更有利於型腔中的夾雜物上浮並匯聚到冒口中。冒口的大小根據鑄件本體最大熱節處模數的大小以及所需補縮用的鋼水量來選擇，使冒口的模數大於1.1倍鑄件本體最大熱節處的模數。經過計算後選用一隻Φ 1000X700的圓形保溫冒口，冒口帶錐度1:10，上大下小。在繞氣缸蓋最大外徑一周放置冷鐵4共兩層，每層36塊，冷鐵大小為115X115X120，以更利於順序凝固。澆注系統為開放式底注澆注系統，共四道底注內澆道7，保證鋼水平穩上升，所有直、橫、內澆道直徑均為Φ 100，另外在冒口 2/3高度處設置補澆澆道，補澆澆道直徑為Φ60，補澆澆道的設置可使冒口的保溫和補縮效果更好。(二)根據鑄造工藝方案製作氣缸蓋本體外形木模、泥芯車板以及冒口模，並將木模定位在底箱型板上，冒口模定位在蓋箱型板上。木模必須上漆，以保證表面光潔度，使容易脫模。(三)造型時型砂分為面砂和襯砂，面砂為CO2水玻璃鉻鐵礦砂，襯砂為CO2水玻璃石英砂，原砂要求見表一，水玻璃模數為M=2.2 2.4，比重為1.48 1.56(溫度15°C時濃度48 54Be』)，混砂工藝為原砂+水玻璃+白泥+水(適量)一混碾6 7分鐘出砂。製作泥芯時，需在泥芯6內部放置大塊砂、焦炭等物，以便排氣，並保證泥芯的退讓性。外模和泥芯製作完成後進窯硬化乾燥，烘模曲線如附圖3所示。烘模後型腔表面刷三遍醇基鋯英粉塗料。合箱時檢查砂型、泥芯乾燥程度，砂型、泥芯各部尺寸是否準確，冒口位置、尺寸是否正確。吸淨型內散砂後再合箱。合箱完畢後在澆注前對型腔進行熱風烘模，保證熱模澆注。(四)熔煉工藝方案為「EAF(電弧爐)+LF (盛鋼桶精煉爐)+VD (真空循環脫氣爐)」。EAF爐熔煉鋼水完成後，鋼水進LF爐進行精煉。精煉時調整好精煉過程的氬氣流量和壓力，吹氬壓力0.20-0.40MPa、氬氣流量彡40NL/min，精煉時間> 55分鐘，精煉出站溫度:1660-1680°C。LF爐精煉完成後再進VD爐精煉。進行VD前將氬氣調整至軟吹，以不吹破渣面為準，其流量為20-30NL/min，VDlO分鐘後或真空度200Pa以下，將氬氣流量調大至50-70NL/min。破空後軟吹氬3_5min，吹氬餵線按AL線0.35Kg/t進行餵線，餵線後繼續軟吹氬3-5min。。鋼液出站溫度為:1570_1590°C。(五)澆注採用Φ80水口鋼包，澆注溫度為1545°C。鋼包水口打開後先進行盆外引流，去掉水口中引流砂，然後對準澆口杯後先慢澆5秒，5秒後全速澆至分型面，再慢澆至快到冒口 2/3高度處停澆，冒口表面均勻覆蓋少量碳化稻殼，然後通過冒口部位的補澆澆道5補澆冒口，鋼水澆至要求高度後再在冒口頂面加發熱劑和保溫劑3。(六)保溫冷卻。保溫5天後初次割冒口，冒口保留高度15(T200mm。(七)保溫7天後，在鑄件溫度低於300°C的條件下，對鑄件進行打箱清整。(八)熱處理包括毛坯退火和粗加工後調質處理。毛坯退火後在溫度>300°C時割試塊、披縫以及殘餘冒口和澆道。毛坯經過粗加工後再進行淬火+回火的調質處理。具體的退火和調質熱處理工藝曲線見附圖4和5。 本發明的方法尤其適於82 <缸徑< 96的氣缸蓋的鑄造生產。表一原砂要求
權利要求
1.大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的鑄造方法，其具體步驟如下: ①編制鑄造工藝:根據順序凝固原則設計分型面和澆注系統，以氣缸蓋大平面為分型面，在大平面中間放置一個圓形冒口，在冒口下設置補貼，在環繞氣缸蓋最大外徑一周放置冷鐵；澆注系統為開放式底注澆注系統，共四道底注內澆道，並在冒口上設置補澆澆道；冒口補貼下方的氣缸蓋內腔用泥芯來成型； ②製作木模:製作氣缸蓋本體外形木模、泥芯車板以及冒口模，並將木模定位在底箱型板上，冒口模定位在蓋箱型板上； ③造型:用底箱型板造出氣缸蓋本體外部形狀，用蓋箱型板造出氣缸蓋冒口形狀，用車板車出氣缸蓋內部泥芯形狀； ④燒注熔液的熔煉:熔煉工藝方案為「EAF+LF+VD」； ⑤鑄件澆注:先進行盆外引流，去掉水口中引流砂，然後對準澆口杯後先慢澆5秒，5秒後全速澆至分型面，再慢澆至快到2/3冒口高度處停澆，冒口表面均勻覆蓋保溫材料，然後通過冒口上的補澆澆道補澆冒口，鋼水澆至要求高度後再在冒口頂面加發熱劑和保溫劑； ⑥保溫冷卻； ⑦打箱清整:保溫7天後，在鑄件溫度低於300°C的條件下，對鑄件進行打箱清整； ⑧熱處理:包括毛坯退火以及粗加工後調質處理。
2.根據權利要求1所述的鑄造方法，其特徵是:步驟③造型時型砂分為面砂和襯砂，面砂為CO2水玻璃鉻鐵礦砂，襯砂為CO2水玻璃石英砂。
3.根據權利要求2所述的鑄造方法，其特徵是:水玻璃模數為M=2.2 2.4，比重為1.48 1.56(溫度 15°C 時濃度 48 54Be』)。
4.根據權利要求1所述的鑄造方法，其特徵是:步驟③造型時型腔表面刷醇基鋯英粉塗料；造型合箱完畢後對型腔進行熱風烘模，保證熱模澆注。
5.根據權利要求1所述的鑄造方法，其特徵是:步驟①中的補澆澆道處於冒口的2/3高度位置。
6.根據權利要求1所述的鑄造方法，其特徵是:步驟③造型時型腔表面刷混砂工藝為原砂+水玻璃+白泥+水(適量)一混碾6 7分鐘出砂。
7.根據權利要求1所述的鑄造方法，其特徵是:步驟③製作泥芯時，需在泥芯內部放置大塊砂、焦炭等物，以便排氣，並保證泥芯的退讓性。
8.根據權利要求1所述的鑄造方法，其特徵是:步驟④的熔煉工藝方案為「EAF(電弧爐)+LF(盛鋼桶精煉爐)+VD(真空循環脫氣爐)」:EAF爐熔煉鋼水完成後，鋼水進LF爐進行精煉:精煉時調整好精煉過程的氬氣流量和壓力，吹氬壓力0.20-0.40MPa、氬氣流量 55分鐘，精煉出站溫度:1660_1680°C ;LF爐精煉完成後再進VD爐精煉；進行VD前將氬氣調整至軟吹，以不吹破渣面為準，其流量為20-30NL/min，VDlO分鐘後或真空度200Pa以下，將氬氣流量調大至50-70NL/min，破空後軟吹氬3_5min，吹氬餵線按AL線0.35Kg/t進行餵線，餵線後繼續軟吹氬3-5min，鋼液出站溫度為:1570_1590°C。
9.根據權利要求1所述的鑄造方法，其特徵是:步驟⑤澆注溫度為1545°C。
10.根據權利要求1所述的鑄造方法，其特徵是:步驟⑧具體為:毛坯退火後在溫度^ 300°C時割試塊、披縫以及殘餘冒口和澆道；毛坯經過粗加工後再進行淬火+回火的調質處理。
全文摘要
本發明公開了大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的鑄造方法，①編制鑄造工藝根據順序凝固原則設計分型面和澆注系統；②製作木模；③造型；④燒注熔液的熔煉；⑤鑄件澆注；⑥保溫冷卻；⑦打箱清整；⑧熱處理。用本方法鑄造得到的氣缸蓋不會出現鑄造缺陷，達到了船用鑄造氣缸蓋的技術要求。本發明方法可以大大降低生產成本，縮短生產周期，並且能在不產生甲醛等有害氣體汙染環境的前提下保證大缸徑船用低速柴油機氣缸蓋的穩定鑄造生產。
文檔編號B22C9/22GK103212672SQ20131008164
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者邊敦亭, 胡黎輝, 徐德安, 郭蕾蕾, 胡成明 申請人:馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司