大型柴油機(jī)機(jī)體鑄件損傷缺陷分析與控制

韓 強(qiáng)，時(shí) 曉，劉 躍

（濰柴重機(jī)股份有限公司，大缸徑材料成型中心，山東濰坊 261001）

隨著企業(yè)發(fā)展，公司戰(zhàn)略逐步向高端產(chǎn)品邁進(jìn)，機(jī)體鑄件作為大型柴油機(jī)的重要組成部分，其質(zhì)量關(guān)乎柴油機(jī)的整體性能。大型柴油機(jī)機(jī)體鑄件噸位大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝上澆注系統(tǒng)截面積大及補(bǔ)縮用冒口的數(shù)量較多，并且粗清及細(xì)清主要依靠人工清理，鑄件在澆冒口清理、周轉(zhuǎn)時(shí)易造成鑄件損傷缺陷。經(jīng)統(tǒng)計(jì)2020 年全年，鑄件損傷率達(dá)0.2%，急需改進(jìn)提升。本文從鑄件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冒口結(jié)構(gòu)、清理工具應(yīng)用及清理操作方式上進(jìn)行了分析與改進(jìn)，有效減少了鑄件損傷缺陷的發(fā)生。

1 機(jī)體類(lèi)鑄件清理流程

大型柴油機(jī)機(jī)體澆注冷卻凝固后，鑄件清理流程為：打箱落砂——粗清——時(shí)效處理——鑄件粗拋丸——人工打磨精清——檢驗(yàn)——精拋丸——噴漆。其中鑄件澆口和冒口的清理去除主要在鑄件粗清工序進(jìn)行。

2 機(jī)體類(lèi)鑄件損傷產(chǎn)生位置及分析

對(duì)機(jī)體鑄件損傷的位置進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，得出損傷的位置主要發(fā)生在內(nèi)澆道與機(jī)體相連處、冒口根部與機(jī)體相連處及振動(dòng)落砂時(shí)鑄件與落砂床的磕碰，機(jī)體類(lèi)鑄件產(chǎn)生損傷缺陷的主要位置如圖1 所示。

內(nèi)澆道損傷：內(nèi)澆道是液態(tài)金屬進(jìn)入鑄型型腔的最后一段通道，其作用是控制金屬液充填鑄型的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄型各部分的溫度和鑄件的凝固順序，并對(duì)鑄件有一定的補(bǔ)縮作用。鑄件在清理的過(guò)程中，內(nèi)澆道與鑄件直接連接，操作者易將連接處的鑄件一塊清掉，造成損傷的發(fā)生。

冒口根部損傷：冒口、冒口頸截面尺寸過(guò)大，或造型時(shí)冒口棒偏移等因素造成鑄件在粗清時(shí)產(chǎn)生的損傷。

磕碰損傷：鑄件受撞擊而破損、斷裂、殘缺不全，多發(fā)生在鑄件的凸臺(tái)、棱角等凸出部位。

3 減少機(jī)體鑄件損傷的措施

3.1 內(nèi)澆道增加易砸槽，減少帶肉損傷缺陷

大型柴油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上較為普遍的是直列機(jī)和V 型機(jī)兩種，其中V 型機(jī)機(jī)體鑄件因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上多為中注式，在斜角上設(shè)置內(nèi)澆道極易在粗清過(guò)程中產(chǎn)生損傷帶肉，甚至是鑄件直接報(bào)廢，因此在產(chǎn)品澆注工藝設(shè)計(jì)初期就考慮增加易砸槽。通過(guò)改進(jìn)澆道結(jié)構(gòu)及型板局部結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)澆道易砸槽結(jié)構(gòu)。在改進(jìn)前，內(nèi)澆道易砸槽成5°的斜面，仍有帶肉缺陷產(chǎn)生，后期通過(guò)增加易砸槽深度且角度成7°，粗清時(shí)更容易在易砸槽處斷裂，避免澆道位置帶肉而產(chǎn)生的損傷缺陷。內(nèi)澆道改進(jìn)前、后易砸槽的尺寸如圖2 所示。

該項(xiàng)措施實(shí)施后，統(tǒng)計(jì)一個(gè)月的V 型機(jī)的損傷情況，損傷率由0.1%降到0.05%，降幅50%，大型柴油機(jī)機(jī)體鑄件總體的損傷率由0.2%降到0.14%.

3.2 改進(jìn)冒口固定方式，減少冒口移動(dòng)

大型柴油機(jī)機(jī)體鑄件，其澆注系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證內(nèi)部排氣充分，通常在頂部設(shè)置大量的溢流冒口，在造型時(shí)放置冒口和出氣針時(shí)，若型板上無(wú)定位裝置，易導(dǎo)致扁冒口和出氣針與機(jī)體結(jié)合面過(guò)大，且不易發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)。對(duì)此通過(guò)增加卡槽，使冒口和出氣針固定更加牢靠，在造型落砂振實(shí)過(guò)程中不易移動(dòng)，結(jié)合面固定無(wú)增大，降低清理難度，減小了損傷趨勢(shì)。冒口和出氣針改進(jìn)前、后增加卡槽對(duì)比如圖3 所示。

圖3 冒口和出氣針底部增加卡槽

該項(xiàng)改進(jìn)措施實(shí)施后，統(tǒng)計(jì)三個(gè)月機(jī)體鑄件的損傷情況，損傷率由0.14%降到0.10%.

3.3 改善清理工具，提高清理效果

公司生產(chǎn)大型柴油機(jī)機(jī)體鑄件最大噸位在20 t左右，生產(chǎn)件號(hào)種類(lèi)多，非大批量生產(chǎn)，很難實(shí)現(xiàn)機(jī)械化清理，尤其鑄件的粗清仍為原始的掄大錘工藝，粗清精度低，易造成鑄件損傷，后期引進(jìn)了等離子切割工藝，其原理是利用具有很高能量密度的高溫等離子電弧對(duì)切口集中加熱，快速熔斷的切割技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)采用型號(hào)為L(zhǎng)GK160 的等離子能直接將厚度在20 mm 以內(nèi)的鑄件內(nèi)澆道進(jìn)行精確的切除，同時(shí)降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。粗清工具的改進(jìn)前、后對(duì)比如圖4 所示。

圖4 改進(jìn)的粗清工具

3.4 改進(jìn)冒口分割，避免溢流鐵與冒口相連

冒口是鑄型上用以貯存金屬液的空腔，其中明冒口的上表面露出砂箱，冒口芯粘不牢或溢流鐵過(guò)多得不到充分的導(dǎo)流，極易導(dǎo)致溢流鐵與冒口內(nèi)的鐵水黏連，造成打箱困難，多通過(guò)反復(fù)移動(dòng)上箱及整體振砂，使冒口與鑄件分離，操作過(guò)程中極易造成鑄件的損傷。

對(duì)于大型柴油機(jī)機(jī)體鑄件，多為球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵件，冒口設(shè)置數(shù)量較多，損傷問(wèn)題極易發(fā)生，通過(guò)將冒口芯周邊培砂、冒口底部粘黏結(jié)劑及上平面溢流區(qū)域分割為多處等方式，避免了冒口芯的漂芯及溢流鐵與冒口的粘連，采取措施如圖5 所示。

圖5 避免冒口芯漂芯及溢流鐵與冒口粘連的措施

針對(duì)機(jī)體鑄件在清理過(guò)程存在的損傷缺陷，實(shí)施以上四項(xiàng)改進(jìn)措施后，統(tǒng)計(jì)四個(gè)月機(jī)體鑄件的損傷情況，損傷率由0.10%降到0.05%，取得較好的改進(jìn)效果。

4 結(jié)論

針對(duì)大型柴油機(jī)機(jī)體鑄件在清理過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)澆道損傷、冒口損傷、磕碰損傷等損傷缺陷，在缺陷分析基礎(chǔ)上，提出來(lái)增加易砸槽、冒口根部增加卡槽、粗清等離子切割、溢流區(qū)域分割等改進(jìn)措施，通過(guò)改進(jìn)實(shí)施，機(jī)體鑄件的損傷缺陷減少一半以上，取得較好的改進(jìn)效果。