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摘要:結合實際生產驗證情況，對灰鑄鐵機體鑄造工藝設計流程及過程中的問題做了詳細的論述，為類似鑄件的開發提供參考。

關鍵詞:灰鑄鐵;鑄造工藝;設計機體

(灰鑄鐵)鑄造工藝設計主要包括鑄件結構的鑄造工藝性分析、鑄造工藝方案編制、鑄造工藝參數設計、砂芯設計、澆注系統設計、排氣系統設計、鑄造工藝圖繪制等。下面結合我廠生產實際，介紹一下各階段主要內容及注意事項。

1鑄件結構的鑄造工藝性分析

現在我廠的鑄造工藝性分析主要在設計過程中穿插進行，在產品設計過程中共進行兩次鑄造工藝性審查，分別在概念設計完成后和布置設計完成后，由鑄造工藝人員對設計模型進行鑄造工藝性審查，出具工藝審查報告，設計人員根據審查報告修改設計模型，并組織進行設計模型評審，根據評審優化模型輸出最終設計模型。下面以某12M33機體裂紋問題進行說明。缺陷特征:12M33機體毛坯樣試期間出現裂紋缺陷，主要出現在缸孔之間的串水孔頂部圓角處，裂紋從圓角處產生，沿缸孔中心方向向上延伸，長度有5～60mm不等，裂口的內壁呈黑的氧化色，表面不光滑，如圖1所示。原因分析:12M33機體缸孔之間的串水孔處缸壁兩側厚大，中間薄，成啞鈴狀結構，如圖2所示。凝固過程中，溫差較大，中間壁薄位置先凝固，兩側厚大部位后凝固產生較大的拉應力，將中間薄壁位置拉裂。解決措施:分析產品結構，對產品結構主要進(a)機體裂紋位置(b)機體裂紋形態驗證效果:修改大缸芯冷芯盒，經過生產驗證，徹底解決了缸孔串水孔裂紋缺陷。

2鑄造工藝方案編制

我廠有專門的工藝方案編制企業標準，其中最主要兩項是工藝路線及工藝設計原則和鑄造工藝設計。2．1工藝路線及工藝設計原則。設計原則:盡量使用車間現有制芯、造型、清理等設備資源。工藝路線:目前我公司各系列高速機體主要在鑄鍛公司自動造型線生產;中速機系列機體在濱海鑄造廠機體線生產;博杜安、200、250等系列機體在濱海鑄造廠地面研箱生產。2．2鑄造工藝設計。目前國內外鑄鐵機體特別是中小型直列機體主要生產工藝為水平分型，適合在自動造型線上大批量流水生產。例如濰柴鑄造工業園機體鑄造，全部為造型線生產，主體芯使用西班牙Lor-amendi110L制芯中心生產，采用ABB機器人進行取芯、組芯和整體浸涂，采用熱風水冷沖天爐與保溫電爐雙聯熔煉工藝，清理流水線采用全自動時效處理、自動四面磨削、振擊除芯、機械手拋丸等先進的技術與設備。大型及V型機體生產工藝以立澆為多，造型、制芯主要為手工。2．3樣件開發工藝方案。下面以藍擎機體樣件開發工藝方案———水套、水腔通道芯制芯。水套、水腔通道芯基本情況:藍擎機體產品最初設計時水套、水腔通道芯為整體砂芯，見圖4。鑄造制芯工藝選用鉻礦砂熱芯盒制芯，設備采用TF48射芯機。制定砂芯制芯工藝方案時考慮到圖4水道、水腔通道芯結構示意圖Figure4Channelcorestructureofwaterwayandwatercavity砂芯整體制芯出模難度較大，最后設計了整體制芯和分體制芯兩套方案。工藝驗證情況:工藝驗證時，整體芯芯盒多次反復修改，仍制不出完整砂芯。鑄件最后使用分體砂芯產出，保證了新產品的開發進度。綜上，鑄造工藝方案的制定既要創造條件采用先進的造型、制芯方法，又要結合實際。

3鑄造工藝參數設計

鑄造工藝參數設計主要包括鑄造收縮率、加工余量、起模斜度、工藝補正量、分型負數、反變形量等，其中最重要的參數是鑄造收縮率和加工余量。3．1鑄造收縮率。不同的造型/制芯材料，鑄造收縮率存在較大差異。如CW200機體在濰柴使用酸性呋喃樹脂砂生產，鑄造收縮率長度方向為0．8%，該工藝轉移到濱海鑄造使用堿性樹脂砂工藝生產后，測量毛坯長度約為1771～1773mm(毛坯理論尺寸1780mm)，鑄造收縮率在1．15%左右。結構不同，鑄造收縮率也不同。如機體瓦口和缸筒處，凝固過程中瓦口在機體長度方向受到厚大砂芯阻礙，收縮率差距就很大。目前正在借助三維掃描工具，探索堿性樹脂砂工藝生產不同類型機體及機體不同部位的鑄造收縮率。3．2加工余量。一般來說，造型流水線比地面手工造型生產的加工余量要小，鑄件澆注上平面比下平面和側面的加工余量要大。如我廠各類高速機體WP7、WP10、WP12加工余量一般為4～5mm，博杜安機體加工余量5～6mm，250機體加工余量10mm。3．3砂芯設計。砂芯設計主要是砂芯的固定和定位，即芯頭結構設計、芯頭的尺寸和間隙、芯撐和芯骨、砂芯的排氣。芯頭設計對鑄件清理有影響。圖5給出了12M33和M55機體芯頭結構示意圖。12M33機體大缸芯芯頭與外模配合位置設計在機體下平面內側邊，形成的披縫在鑄件粗清時易出現帶肉缺陷。M55機體砂芯設計時將大缸芯芯頭外移，消除粗清披縫時帶來的損傷隱患。

4澆注系統設計

目前中小型臥澆機體，主要采用的澆注系統為中注式或階梯式(中注加底注)澆注系統，立澆機體特別是大型立澆機體主要采用的澆注系統為雙側底注式。博杜安16M33機體澆注系統(見圖6)基本情況如下:機體基本尺寸980mm×536mm×426mm，鑄件重量1500kg。采用底注式半封閉式澆注系統。F直∶F橫∶F內=1．13∶1∶1．8。

5排氣系統設計

(1)排氣系統分類。機體出氣孔主要分為與型腔相通的出氣孔和與砂芯相通的出氣孔兩類。(2)排氣系統面積。《鑄造手冊》介紹出氣孔根部總截面積最小應等于內澆道總截面積，有資料介紹型腔排氣面積應達到內澆道總面積的1．5～1．8倍。

6鑄造工藝圖繪制

鑄件工藝圖繪制主要包括:加工余量、局部工藝補正量、分型分芯負數等工藝參數，芯頭結構、砂芯的配合間隙、積砂槽及防壓、分芯線等砂芯設計，排氣系統、澆冒口系統環等，在技術要求中應特別注明鑄件縮尺、涂料工藝及簡要的鑄件生產工藝流程。我廠制定了專門的工藝圖繪制企業標準，作為生產準備和鑄件工藝驗證的依據。

7結論

結合實際生產驗證情況，對灰鐵件機體鑄造工藝設計流程及生產過程中的問題做了詳細的論述，類似鑄件設計時可規避此類設計風險，優化鑄造工藝。

參考文獻

［1］中國機械工程學會鑄造專業學會．鑄造手冊:第1卷鑄鐵［M］．北京:機械工業出版社，2004．

［2］李晨希．鑄造工藝設計及鑄件缺陷控制［M］．北京:化學工業出版社，2009

作者:姬愛青 馬素娟 邢 偉 劉繼波 譚傳寶 劉 斌 單位:濰柴重機股份有限公司