主軸承蓋類(lèi)產(chǎn)品鑄造工藝方法研究

馬 林

（共享裝備有限公司，寧夏銀川750021）

主軸承蓋類(lèi)產(chǎn)品鑄造工藝方法研究

馬 林

（共享裝備有限公司，寧夏銀川750021）

通過(guò)對(duì)三種不同工藝方法進(jìn)行充型凝固模擬分析、研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)驗(yàn)證，得出主軸承蓋類(lèi)產(chǎn)品最佳生產(chǎn)方案。

主軸承蓋；模數(shù)；順序凝固；工藝方案

主軸承蓋是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要部件，圓弧內(nèi)面即軸承座用于安裝軸瓦，兩側(cè)螺栓孔用于通過(guò)螺栓將曲軸、主軸承蓋和機(jī)體連接，主軸承蓋主要承受爆發(fā)壓力以及往復(fù)慣性力作用，常用材質(zhì)為GJS-500-7 EN 1563，一般尺寸精度要求CT9級(jí)，VI型石墨、球化率≥90%，抗拉強(qiáng)度≥500 MPa、延伸率≥7%，無(wú)損檢測(cè)UT1級(jí)，MT2級(jí)。鑄件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.

圖1 鑄件結(jié)構(gòu)圖（正反面）

1 鑄造工藝方法研究

結(jié)合圖2鑄件結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分圖，軸承座（1#）及兩側(cè)螺栓孔處（2#、3#）壁厚105 mm，中間區(qū)域壁厚40 mm，總體壁厚差異大。又壁厚區(qū)域?qū)儆谑芰^(qū)域，金相組織、性能要求高，一般NDT要求零缺陷。但中間區(qū)域壁厚相對(duì)較小，通過(guò)模數(shù)計(jì)算和充型凝固模擬驗(yàn)證，很難通過(guò)此區(qū)域?qū)S承座、螺栓孔或肩膀頭區(qū)域（4#）進(jìn)行補(bǔ)縮。因此，縮松問(wèn)題是該類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)的最大難題。通過(guò)對(duì)比、分析幾種工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)，得出最佳生產(chǎn)方案。

圖2 鑄件結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分圖

1.1 方案一

采用組芯方式，立著澆注，從軸承座中間進(jìn)流，兩側(cè)螺栓孔壁厚區(qū)域采用冷鐵激冷，肩膀頭位置放置發(fā)熱冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，螺栓孔由芯子帶出，具體方案見(jiàn)圖3，凝固結(jié)果見(jiàn)圖4，其中白色代表致密金屬，深灰色是冷鐵，從圖中可以看出縮孔縮松都集中在冒口處。

圖3 方案一工藝簡(jiǎn)圖

圖4 工藝方案一的凝固結(jié)果圖

1.1.1 方案一的優(yōu)點(diǎn)

1）兩側(cè)螺栓孔可直接由芯子帶出，孔的垂直度和定位尺寸能夠保證，減少后序加工，生產(chǎn)效率高；

2）充型完成后，能夠形成一定溫度場(chǎng)梯度，即越接近冒口區(qū)域，溫度越高，有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固，利于補(bǔ)縮（見(jiàn)圖5），其中顏色越亮（淺）代表該區(qū)域溫度越高；

3）澆注系統(tǒng)采用底返式，比例1:2：3.5，可使內(nèi)澆口流速緩慢，充型平穩(wěn)，無(wú)紊流。

圖5 工藝方案一鑄件凝固溫度場(chǎng)梯度圖

1.1.2 方案一的缺點(diǎn)

1）在充型過(guò)程中，鐵水中的Mg元素會(huì)與空氣中的氧氣反應(yīng)產(chǎn)生渣子，這些渣子在上浮至液面上方，最后聚集在肩膀頭兩側(cè)斜面處，使得鑄件很難滿足MT1級(jí)要求，需要對(duì)表面進(jìn)行打磨處理。且該區(qū)域承力，若鐵水質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)，則很可能導(dǎo)致鑄件該區(qū)域組織、性能不合，裝機(jī)后可能發(fā)生斷裂，使用風(fēng)險(xiǎn)較大；

2）該方案每個(gè)鑄件需要一個(gè)單獨(dú)的補(bǔ)縮冒口，導(dǎo)致工藝出品率較低，不適合大批量生產(chǎn)。

1.2 工藝方案二

采用水平放置澆注，從肩膀頭位置進(jìn)流，壁厚區(qū)域放置冷鐵激冷，用熱冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，螺栓孔由芯子帶出，具體方案見(jiàn)圖6，凝固結(jié)果見(jiàn)圖7，其中深色代表縮孔和縮松，白色代表致密金屬，從圖7可以看出縮孔縮松位置主要集中在澆冒口處。

圖6 工藝方案二

圖7 工藝方案二凝固結(jié)果圖

1.2.1 方案二的優(yōu)點(diǎn)

1）兩側(cè)螺栓孔由芯子帶出，減少后序加工，生產(chǎn)效率高；

2）充型完成后能夠形成溫度梯度，即冒口里面金屬液溫度最高，距離冒口越遠(yuǎn)溫度越低，利于補(bǔ)縮如圖8，其中顏色越亮（淺）代表該區(qū)域溫度越高。

3）澆注過(guò)程中產(chǎn)生的微小渣子分散于鑄件上頂面，MT1級(jí)可滿足；

4）一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮兩個(gè)鑄件，工藝出品率高。

1.2.2 方案二的缺點(diǎn)

圖8 工藝方案二鑄件凝固溫度場(chǎng)梯度圖

1）兩側(cè)螺栓孔芯子中間變形，導(dǎo)致局部加工量小或加工黑皮；

2）為了形成一定的補(bǔ)縮通道，需要在兩側(cè)螺栓孔部位放置大量冷鐵，現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜，且不好控制。

1.3 方案三

無(wú)冷鐵鑄造，采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，比例1：2：3，快速、水平澆注，在兩側(cè)螺栓孔位置直接放置補(bǔ)縮冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，內(nèi)澆口開(kāi)設(shè)于螺栓孔和肩膀頭位置，具體方案見(jiàn)圖9，鑄件凝固圖如圖10.其中深色代表縮孔和縮松，白色代表致密金屬。

圖9 工藝方案三

圖10 工藝方案三鑄件凝固結(jié)果圖

1.3.1 方案三的優(yōu)點(diǎn)

1）無(wú)冷鐵，操作簡(jiǎn)單；

2）通過(guò)放大內(nèi)澆口截面積降低內(nèi)澆口流速，當(dāng)流速＜0.5 m/s時(shí)充型平穩(wěn)；

3）澆注過(guò)程中產(chǎn)生的渣子上浮至液面處，充型后期大部分都進(jìn)入補(bǔ)縮冒口中，鑄件表面質(zhì)量好；

4）實(shí)際生產(chǎn)的鑄件UT零缺陷，MT1級(jí)。

1.3.2 方案三的缺點(diǎn)

1）工藝出品率底，生產(chǎn)成本高；

2）鑄件放置冒口區(qū)域需要進(jìn)行打磨，清理量大；

3）兩側(cè)螺栓孔需要后序加工，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。

對(duì)以上三種方案生產(chǎn)的鑄件均進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)驗(yàn)證和解剖，具體檢測(cè)結(jié)果如表1所示，如圖11所示為方案三生產(chǎn)的鑄件。

表1 各方案生產(chǎn)的鑄件檢測(cè)結(jié)果

圖11 方案三生產(chǎn)的鑄件

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比主軸承蓋類(lèi)產(chǎn)品的不同工藝方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，采用無(wú)冷鐵鑄造方法可實(shí)現(xiàn)鑄件順序凝固，內(nèi)部無(wú)缺陷，生產(chǎn)效率高，鑄件質(zhì)量最好。

［1］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)：第5卷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：372-382.

Study on Main Bearing Cap Product Casting Process

MA Lin
（Kocel Equipment CO.LTD，Yinchuan Ningxia 750021，China)

The filling and solidification process of three process were simulated.Combined with on-site production，an optimal production program for main bearing cap casting was put forward in this paper.

main bearing cap，modulus，progressive solidification，process program

TG24

A

1674-6694（2015）05-0023-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.05.007

2015-04-07

馬林（1990-），男，寧夏吳忠人，學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)主要從事鑄造工藝設(shè)計(jì)工作。