配油套的離心澆鑄加工工藝研究

摘要：在全液壓坑道鉆機(jī)動(dòng)力頭部件中，關(guān)鍵零件配油套結(jié)構(gòu)特殊（由鋼套與銅套通過(guò)過(guò)盈配合組合而成），因鋼與銅在不同環(huán)境溫度下變形尺寸不同且設(shè)計(jì)尺寸精度要求高，故配油套生產(chǎn)難度大、報(bào)廢率高。為此，介紹了配油套的離心澆鑄原理、工藝流程及材料選擇，并改進(jìn)了離心澆鑄工藝。

關(guān)鍵詞：配油套;離心澆鑄;加工工藝

0 引言

配油套屬于全液壓坑道鉆機(jī)動(dòng)力頭部件中的關(guān)鍵零件，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。配油套是由鋼套與銅套結(jié)合而成的組合件。在實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)鋼-銅組合件尺寸穩(wěn)定性有較高要求。按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)定，銅材質(zhì)線膨脹系數(shù)為17.7×10-6 ℃-1， 溫度每上升1 ℃，則尺寸變大0.001 77 mm;鋼材質(zhì)線膨脹系數(shù)為11.6×10-6 ℃-1，溫度每上升1 ℃，則尺寸變大0.001 16 mm。當(dāng)溫度上升時(shí)，配油套的鋼套與銅套所發(fā)生的尺寸變化不同，最終導(dǎo)致配油套與主軸抱死。我們通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用離心澆鑄工藝可以改善這種情況，所以決定對(duì)配油套的離心澆鑄加工工藝進(jìn)行研究。

1 配油套的離心澆鑄工藝

1.1 ? ?離心澆鑄原理

與離心澆鑄式配油套相似的油膜軸承襯套多采用離心澆鑄方法制造。

在澆鑄過(guò)程中產(chǎn)生層狀偏析組織的工藝方法主要有：鑄型冷卻、提高金屬液的澆注溫度及其澆鑄速度等。在實(shí)際的配油套離心澆鑄各環(huán)節(jié)中，各環(huán)節(jié)的離心澆鑄技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，需建立技術(shù)交底制度。在生產(chǎn)離心鑄件時(shí)，進(jìn)入鑄型的液體金屬沿著圓周方向覆蓋鑄型內(nèi)表面，并沿著表面軸向流動(dòng)，產(chǎn)生層狀流動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)金屬液逐漸凝固時(shí)，可以避免偏心現(xiàn)象。

在臥式離心澆鑄過(guò)程中，有金屬液會(huì)從鑄型上掉落的區(qū)域，即金屬液自落點(diǎn)向鑄型兩端流動(dòng)充型。此運(yùn)動(dòng)與慣性結(jié)合會(huì)引起滯后現(xiàn)象，金屬液會(huì)沿著鑄型壁的軸向以螺旋型方式運(yùn)動(dòng)，所以鑄件外表面上會(huì)有螺旋狀的冷隔痕跡。臥式離心澆鑄原理如圖2所示。

1.2 ? ?離心澆鑄工藝流程

我們通過(guò)分析，制定的配油套離心澆鑄工藝流程如表1所示。

1.3 ? ?離心澆鑄的材料選擇

在配油套試制階段，根據(jù)離心澆鑄的常規(guī)加工方法，確定離心澆鑄式配油套的制造加工圖，如圖3所示。

初次離心澆鑄加工毛坯完成了3件樣件，樣件中2件在對(duì)離心澆鑄的銅內(nèi)圈進(jìn)行探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)有細(xì)微的裂紋。為此，進(jìn)一步對(duì)離心澆鑄式配油套的鋼套與銅套進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)45鋼與錫青銅在離心澆鑄過(guò)程中極易出現(xiàn)鑄造缺陷。因此，需更換外套材料，并改進(jìn)離心澆鑄工藝。

參考船舶行業(yè)加工工藝進(jìn)行材料材質(zhì)更換，原配油套組件由QSn4-4-2.5與45號(hào)鋼組成。其中，QSn4-4-2.5主要特點(diǎn)為：

（1）高耐磨性，良好的切削性、焊接性，在大氣、淡水中耐腐蝕性良好，只在冷態(tài)時(shí)進(jìn)行壓力加工。

（2）主要用來(lái)制造在摩擦條件下工作的軸承、軸套、襯套及圓盤等。

（3）機(jī)械性能：σb（抗拉強(qiáng)度）為319 MPa，δ（拉長(zhǎng)率）為30%，硬度為HB59。

按以下方式改進(jìn)了配油套組合件：

（1）配油套組件改成雙金屬軸承結(jié)構(gòu)。采用離心澆鑄工藝，將銅合金直接澆鑄到鋼套上，形成結(jié)合良好的雙金屬，銅合金與鋼的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到150～200 MPa，完全能夠保證配油套的高負(fù)荷使用。

（2）雙金屬軸承結(jié)構(gòu)的配油套組件采用鋼套+銅套的形式。鋼套由45#鋼改為10#鋼，銅套由Sn4-4-2.5更改為ZCuPb10Sn10，銅合金厚度由原銅套厚度11.5 mm改為了1.5 mm。

ZCuPb10Sn10按《鑄造軸承合金》（GB/T 1174—1992）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，合金性能如下：有很大的疲勞強(qiáng)度和承載能力，抗沖擊性能強(qiáng)，潤(rùn)滑性能、耐磨性能和耐蝕性能好，適于用作雙金屬鑄造材料。

2 設(shè)備維修及養(yǎng)護(hù)

離心澆鑄設(shè)備和環(huán)境在配油套的離心澆鑄過(guò)程中有一定的影響力。離心澆鑄企業(yè)需要引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)，保證生產(chǎn)效率。在澆鑄完成后要對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面及時(shí)的保養(yǎng)，以提高設(shè)備的使用壽命和工作穩(wěn)定性。在離心澆鑄現(xiàn)場(chǎng)管理的過(guò)程中，需要運(yùn)用離心澆鑄工藝，工作人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)關(guān)于離心澆鑄過(guò)程中所涉及的相關(guān)設(shè)備的使用方法或離心澆鑄技術(shù)方法。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)更換配油套內(nèi)外套材料材質(zhì)，改善了離心澆鑄所產(chǎn)生的一系列鑄造缺陷。后期設(shè)想是通過(guò)有限元分析，對(duì)其更換后的材料材質(zhì)進(jìn)行受力變形分析，證明更改材料材質(zhì)對(duì)配油套受力抗壓的性能影響不大。

收稿日期：2020-04-25

作者簡(jiǎn)介：杜漁舟（1986—），男，重慶人，工程師，從事機(jī)械加工與機(jī)械設(shè)計(jì)工作。