發(fā)動機(jī)類鑄件生產(chǎn)的工藝與裝備

發(fā)動機(jī)類鑄件生產(chǎn)的工藝與裝備

1工藝裝備的要求發(fā)動機(jī)鑄造的生產(chǎn)是一種大規(guī)模的專業(yè)流水生產(chǎn)。一般來說，每年的生產(chǎn)計劃至少是數(shù)萬件，然后是數(shù)千件。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造難度大，相應(yīng)生產(chǎn)工序多、工藝裝備的要求也高，如發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋等鑄件，既有復(fù)雜的內(nèi)腔和外形結(jié)構(gòu)，又要求薄壁及高度精確的毛坯尺寸。產(chǎn)品的材質(zhì)性能要求嚴(yán)格，并且種類繁多，如球鐵曲軸要求有高的強(qiáng)度，沖擊韌性和良好的耐磨性能；排氣管要求良好的耐熱性能；缸套、活塞環(huán)等又要求嚴(yán)格的耐磨性能和熱穩(wěn)定性能等等。因此，人們普遍認(rèn)為，發(fā)動機(jī)類鑄件的生產(chǎn)水平一定程度上代表了這個國家的鑄造生產(chǎn)水平，也反映出這個國家這類機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。2發(fā)動機(jī)螺母的基本要求2.1鑄造的基本技術(shù)要求2.1.1球鐵鑄件的強(qiáng)度缸體、缸蓋鑄件達(dá)到HT250的力學(xué)性能，金相組織應(yīng)是100%的珠光體，石墨形狀A(yù)型，缸蓋需Cu、Cr合金化，硬度為HB185～255，同一鑄件各部位的硬度差應(yīng)小于40個HB單位，共晶團(tuán)數(shù)為350～450個/cm2。球鐵曲軸達(dá)到QT800-2的力學(xué)性能，需進(jìn)行正火回火處理。在球鐵中含P要求在0.04%以下，S要求小于0.02%。2.1.2缸筒均勻度的測定鑄件尺寸精度應(yīng)達(dá)到CT6～8級，壁厚公差不大于0.4mm,對于干式缸套缸體件有一個關(guān)鍵精度，即鑄件缸筒中心距及缸筒壁厚的均勻度。國外先進(jìn)機(jī)型要求加工后缸筒壁厚多方位的允差為0.5mm，如缸筒壁厚不均勻，則在柴油機(jī)負(fù)荷運(yùn)行時將造成缸筒的不均勻膨脹變形引起“拉缸”！要達(dá)到這個加工后的尺寸要求，就要求鑄件幾個缸筒中心距允差、鑄件缸筒壁厚均勻度允差都很小，這一直是干式缸套缸體鑄件生產(chǎn)的一個難點(diǎn)。2.1.3表面粗糙度的表面一般應(yīng)是Ra12.5～25μm，對缸蓋的進(jìn)排氣道應(yīng)保證Ra12.5，且要求幾何形狀正確，不允許有任何毛刺、結(jié)瘤，否則影響柴油機(jī)性能。2.1.4鑄造能去除內(nèi)應(yīng)力要求鑄件消除內(nèi)應(yīng)力以保證加工后不變形及柴油機(jī)工作時不產(chǎn)生超應(yīng)力區(qū)。2.1.5凈潔度經(jīng)徹底清理后鑄件水套內(nèi)殘留物應(yīng)小于2～3g。水套作0.4MPa的滲漏試驗(yàn)。2.2工藝要求2.3設(shè)備要求2.3.1對于鐵液的制備要求為確保鑄件獲得良好的金相組織、穩(wěn)定的力學(xué)性能和滿足壁薄（4～6mm）、結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件的澆注要求，要求鐵液具有穩(wěn)定的化學(xué)成份，較高的出爐溫度和需要對氧化渣、氣體含量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。為達(dá)到以上要求，除了對金屬爐料需要嚴(yán)格的選擇和配比之外，在熔煉裝備上，要求采用電爐熔化或沖天爐與感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉，爐前配備快速金相和熱分析儀等裝備。對鑄件要求更高時，還應(yīng)配備直讀光譜儀等。2.3.2術(shù)、新裝備、新裝備對于大批量生產(chǎn)的鑄造廠，經(jīng)濟(jì)分析表明，濕型砂造型仍是最經(jīng)濟(jì)的一種工藝方法。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對鑄件質(zhì)量的要求不斷提高，因此新技術(shù)、新裝備不斷地推出。國際上上世紀(jì)60年代出現(xiàn)的高比壓、高生產(chǎn)率的高壓多觸頭造型線（如SPO線、KW線、BMD線）、70年代出現(xiàn)的垂直分型無箱射壓造型線（如DISA線）、80年代出現(xiàn)的氣沖造型線（如GF線、BMD線）及靜壓造型線（如KW線、HWS線）、負(fù)壓加砂加壓實(shí)（如KW）造型線等等都在不同時期滿足了鑄件生產(chǎn)的要求，但目前認(rèn)為，發(fā)動機(jī)類鑄件的生產(chǎn)宜采用自動化程度高的氣沖線或靜壓線。2.3.3型砂冷卻設(shè)計在汽車、內(nèi)燃機(jī)等產(chǎn)品鑄件生產(chǎn)中，因型砂質(zhì)量問題引起的鑄件廢品約占鑄件廢品總數(shù)的一半以上，型砂質(zhì)量不好可引起粘砂、夾砂、氣孔、脹箱等一系列鑄件缺陷。因此隨著鑄件品質(zhì)要求的提高和減少因型砂問題而引起的鑄件廢品，對型砂處理要求愈來愈嚴(yán)格，對于舊砂處理，在經(jīng)破碎、磁選、篩分后進(jìn)入冷卻裝置，要求測量舊砂入口處的流量、水分、溫度，并自動增濕使出口處的舊砂水分控制在2.3%～2.5%，溫度不超過室溫10℃，在冷卻的同時還要鼓風(fēng)除去灰分。因此，在這類大批量流水生產(chǎn)的鑄造車間中，砂處理實(shí)現(xiàn)全自動控制是非常必要的。2.3.4殼芯工藝同時并存制芯工藝大都已采用盒內(nèi)硬化工藝，為保證強(qiáng)度、精度、潰散性及抗潮性，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，熱芯盒，冷芯盒和殼芯工藝同時并存;為了保證鑄件的精度，制芯用原輔材料、芯砂的制備、制芯、砂芯去毛刺、涂料表干及組芯等各工序環(huán)節(jié)都要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，砂芯盡量采用機(jī)械化和自動化運(yùn)輸。2.3.5拋丸清理及質(zhì)量控制為保證鑄件表面質(zhì)量和內(nèi)腔清潔度，要采用拋丸、機(jī)械磨削及手工清鏟等進(jìn)行清理，要求拋丸清理裝置只能提高鑄件表面質(zhì)量，不能產(chǎn)生鑄件表面缺陷。3鑄件需求增長近年來，我國鑄造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)及裝備水平有了長足的進(jìn)步，產(chǎn)品品種及產(chǎn)量基本上已能滿足國民經(jīng)濟(jì)各個行業(yè)發(fā)展的需求，鑄件出口量也不斷增長。行業(yè)技術(shù)進(jìn)步及發(fā)展變化主要反映在以下幾個方面。3.1車橋樹脂砂鑄造技術(shù)的應(yīng)用以氣沖、靜壓造型線為代表的各類高壓造型的自動化造型線已在發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)里得到廣泛的應(yīng)用，此外，垂直和水平分型的高壓、射壓、擠壓等先進(jìn)的造型工藝和裝備的應(yīng)用也大大提高了我國內(nèi)燃機(jī)缸體、缸蓋等薄壁高強(qiáng)度鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量。樹脂砂技術(shù)的應(yīng)用和樹脂砂生產(chǎn)線的引進(jìn)及國產(chǎn)化開發(fā)，已在機(jī)床、石化、發(fā)動機(jī)、通用和重機(jī)行業(yè)里形成了一批以樹脂砂工藝為主的鑄造生產(chǎn)廠點(diǎn)，使我國大中型鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近了國際上同類產(chǎn)品的水平，用樹脂砂工藝生產(chǎn)的機(jī)床鑄件已進(jìn)入國際市場并占有了國內(nèi)鑄件出口市場的一定份額。消失模工藝由于其尺寸精度高、投資省以及環(huán)境污染少等突出優(yōu)點(diǎn)已在汽車鋁合金進(jìn)氣管、閥門、箱體、管件等行業(yè)得到了推廣應(yīng)用，并在技術(shù)難度較高的鑄鐵缸蓋、缸體鑄件的生產(chǎn)上逐漸應(yīng)用。此外，熔煉方面引進(jìn)的熱風(fēng)沖天爐，制芯方面引進(jìn)和自行開發(fā)的冷、熱芯盒射芯機(jī)、殼芯機(jī)，砂處理方面引進(jìn)的高效轉(zhuǎn)子混砂機(jī)，清理方面引進(jìn)的機(jī)械手拋丸機(jī)等等，都使我國鑄造技術(shù)水平、鑄件質(zhì)量及生產(chǎn)效率等方面提高了一大步。3.2金屬型覆砂材料在柴油球鐵認(rèn)識中的應(yīng)用效果經(jīng)過多年的研究與開發(fā)，我國現(xiàn)已形成國產(chǎn)系列的各類新型孕育劑、球化劑和蠕化劑產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行商品化供應(yīng)，有力地推進(jìn)了鑄件內(nèi)在質(zhì)量的提高。熱風(fēng)沖天爐、沖天爐-工頻（中頻）感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉、電渣熔煉等等各種新的熔煉工藝均改善了鑄件的內(nèi)在質(zhì)量和減少了廢品。金屬型覆砂工藝在柴油機(jī)球鐵曲軸上的應(yīng)用有效地提高了曲軸的生產(chǎn)效率和使用壽命。此外國內(nèi)自行開發(fā)的無余量精鑄技術(shù)、新型的澆注系統(tǒng)過濾網(wǎng)技術(shù)等等也均有效地提高了鑄件的內(nèi)、外質(zhì)量和生產(chǎn)效率。3.3提高材料使用壽命成倍地提高蠕墨鑄鐵在發(fā)動機(jī)排氣管和大馬力柴油機(jī)缸蓋上的應(yīng)用，高磷、含硼、礬鈦等耐磨鑄鐵在缸套、活塞環(huán)上大量推廣應(yīng)用等都使這些零部件的使用壽命成倍地提高。3.4測試分析的精度和效率近幾年來，行業(yè)內(nèi)直讀光譜儀、熱分析儀、三座標(biāo)測量儀已得到了普遍的應(yīng)用，大大提高了測試分析的精度；計算機(jī)輔助的鑄件設(shè)計、澆注系統(tǒng)設(shè)計、鑄造生產(chǎn)管理和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)自動處理等等提高了工作效率和管理水平；由PC機(jī)控制的各類機(jī)械手或機(jī)器人在熱、臟、累的工序里解放了一部分鑄造工人的繁重體力勞動。4工藝裝備水平存在的差距從總體上看，我國當(dāng)前雖然稱得上是一個鑄造生產(chǎn)大國，但還不是一個鑄造生產(chǎn)強(qiáng)國，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，在工藝裝備水平，產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和生產(chǎn)的效率、效益方面均還存在著較大的差距，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。4.1專業(yè)程度低由于長期受計劃經(jīng)濟(jì)體制的影響，我國大部分鑄造廠點(diǎn)均隸屬于主機(jī)生產(chǎn)廠家，為提供毛坯作為主機(jī)廠的一個組成部分，產(chǎn)品局限，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)要求，因此專業(yè)化程度低，不利于技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益的提高。4.2先進(jìn)制造設(shè)備與先進(jìn)制造技術(shù)的差距已有所體現(xiàn)盡管近年來我國鑄造行業(yè)引進(jìn)了大量國外的先進(jìn)技術(shù)及裝備，國內(nèi)也相應(yīng)地進(jìn)行了消化吸收和開發(fā)研制，但總體上仍與先進(jìn)國家存在明顯差距，主要表現(xiàn)在：引進(jìn)的許多先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備多數(shù)未能充分發(fā)揮效能，滿負(fù)荷生產(chǎn)，同時國內(nèi)自己消化吸收與開發(fā)能力又相對薄弱，國內(nèi)自制設(shè)備性能、質(zhì)量滿足不了用戶的要求，從而又導(dǎo)致了重復(fù)引進(jìn)的不良局面。4.3鑄造行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益較低，缺乏資金支持由于鑄造生產(chǎn)工藝及鑄件產(chǎn)品質(zhì)量受制于許多基礎(chǔ)科學(xué)的研究和鑄造裝備的開發(fā)，多年來，由于體制及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性的矛盾，鑄造行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益普遍低下，因此沒有足夠的資金投入來推動行業(yè)的研究開發(fā)工作，本來就顯不足的鑄造技術(shù)人才也紛紛外流或轉(zhuǎn)行改業(yè)從事其他工作，使得一些技術(shù)含量高、技術(shù)難度大的鑄件產(chǎn)品在性能與價格上難以取得突破性的進(jìn)展，從而失去了國際市場上的競爭優(yōu)勢。4.4負(fù)荷普遍不足由于計劃經(jīng)濟(jì)時代大而全、小而全的基建模式，各主機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)廠家均自建有鑄造車間或分廠，但生產(chǎn)批量不夠，生產(chǎn)負(fù)荷普遍不足。近幾年來，由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造企業(yè)的蓬勃發(fā)展以及城市因環(huán)境保護(hù)要求，將鑄件生產(chǎn)紛紛擴(kuò)散到地方企業(yè)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)，一些技術(shù)含量低、裝備投入少的勞動密集型產(chǎn)品鑄件的生產(chǎn)能力大大增加，但技術(shù)要求較高，裝備投入大的鑄造能力相對薄弱，還有些企業(yè)由于資金不足，雖已有較大投入，但尚未形成生產(chǎn)能力而閑置著的設(shè)備也有不少。4.5澆注壓頭，壓芯砂芯我國當(dāng)前的鑄件出口量與鑄件生產(chǎn)大國的地位是極不相稱的，年出口鑄件總數(shù)尚不足年總產(chǎn)量的10%，而且出口的鑄件大多均是技術(shù)含量低勞動密集型的產(chǎn)品，談不上明顯的經(jīng)濟(jì)效益，此外，出口渠道不暢及管理組織不規(guī)范，也使眾多出口生產(chǎn)廠家利益受損。2.2.1鐵液溫度>1500℃（理想溫度1530℃）；鐵液內(nèi)[O]含量20×10-4%～40×10-4%，即爐渣內(nèi)FeO量應(yīng)<4%;[C]、[Si]量的波動值<0.1%。2.2.2澆注溫度約1420℃，澆注系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)設(shè)過濾網(wǎng)，為此要適當(dāng)加大澆注壓頭（即加大上砂箱高度）。澆注時應(yīng)隨流孕育。2.2.3造型應(yīng)保證平面硬度90（不均勻度小于4），側(cè)壁硬度80～85，起模斜度1°，設(shè)計加工余量2.5～3.5mm。上型應(yīng)有足夠的通氣孔以順利排出澆注時型腔內(nèi)砂芯的發(fā)出的氣體及型砂中的水汽等。2.2.4要用下芯夾具下芯，保證下芯精度，防止人工忙亂失誤。2.2.5薄壁缸體鑄件落砂后不能自由掉落在鱗板輸送機(jī)上，應(yīng)采用機(jī)械手夾取并放在懸掛輸送機(jī)上或容器內(nèi)冷卻及輸送。2.2.6型砂性能應(yīng)全面滿足造型的要求，型砂溫度不應(yīng)超過室溫加10℃，緊實(shí)率38%～43%（波動±2%），濕壓強(qiáng)度180～200kPa，透氣性>100，水份3.5%～3.8%，并實(shí)現(xiàn)自動控制。型砂中大于100mm的砂團(tuán)量應(yīng)<5%。2.2.7制芯工藝全部采用盒內(nèi)硬化工藝，應(yīng)保證強(qiáng)度、精度、潰散性及抗吸濕性。再考慮到生產(chǎn)率的因素，缸筒芯及定位芯（枕頭芯）采用冷芯盒制芯，其余可用覆膜砂制芯；缸蓋的底盤芯可用冷芯盒制芯或自硬砂芯，水套芯用覆膜砂芯；缸蓋的芯子應(yīng)在制芯