主轴承盖类产品铸造工艺方法研究

马 林

（共享装备有限公司，宁夏银川750021）

主轴承盖类产品铸造工艺方法研究

马 林

（共享装备有限公司，宁夏银川750021）

通过对三种不同工艺方法进行充型凝固模拟分析、研究，结合现场生产验证，得出主轴承盖类产品最佳生产方案。

主轴承盖；模数；顺序凝固；工艺方案

主轴承盖是内燃发动机上的重要部件，圆弧内面即轴承座用于安装轴瓦，两侧螺栓孔用于通过螺栓将曲轴、主轴承盖和机体连接，主轴承盖主要承受爆发压力以及往复惯性力作用，常用材质为GJS-500-7 EN 1563，一般尺寸精度要求CT9级，VI型石墨、球化率≥90%，抗拉强度≥500 MPa、延伸率≥7%，无损检测UT1级，MT2级。铸件结构见图1.

图1 铸件结构图（正反面）

1 铸造工艺方法研究

结合图2铸件结构区域划分图，轴承座（1#）及两侧螺栓孔处（2#、3#）壁厚105 mm，中间区域壁厚40 mm，总体壁厚差异大。又壁厚区域属于受力区域，金相组织、性能要求高，一般NDT要求零缺陷。但中间区域壁厚相对较小，通过模数计算和充型凝固模拟验证，很难通过此区域对轴承座、螺栓孔或肩膀头区域（4#）进行补缩。因此，缩松问题是该类产品生产的最大难题。通过对比、分析几种工艺方案的优缺点，得出最佳生产方案。

图2 铸件结构区域划分图

1.1 方案一

采用组芯方式，立着浇注，从轴承座中间进流，两侧螺栓孔壁厚区域采用冷铁激冷，肩膀头位置放置发热冒口进行补缩，螺栓孔由芯子带出，具体方案见图3，凝固结果见图4，其中白色代表致密金属，深灰色是冷铁，从图中可以看出缩孔缩松都集中在冒口处。

图3 方案一工艺简图

图4 工艺方案一的凝固结果图

1.1.1 方案一的优点

1）两侧螺栓孔可直接由芯子带出，孔的垂直度和定位尺寸能够保证，减少后序加工，生产效率高；

2）充型完成后，能够形成一定温度场梯度，即越接近冒口区域，温度越高，有利于实现顺序凝固，利于补缩（见图5），其中颜色越亮（浅）代表该区域温度越高；

3）浇注系统采用底返式，比例1:2：3.5，可使内浇口流速缓慢，充型平稳，无紊流。

图5 工艺方案一铸件凝固温度场梯度图

1.1.2 方案一的缺点

1）在充型过程中，铁水中的Mg元素会与空气中的氧气反应产生渣子，这些渣子在上浮至液面上方，最后聚集在肩膀头两侧斜面处，使得铸件很难满足MT1级要求，需要对表面进行打磨处理。且该区域承力，若铁水质量出现波动，则很可能导致铸件该区域组织、性能不合，装机后可能发生断裂，使用风险较大；

2）该方案每个铸件需要一个单独的补缩冒口，导致工艺出品率较低，不适合大批量生产。

1.2 工艺方案二

采用水平放置浇注，从肩膀头位置进流，壁厚区域放置冷铁激冷，用热冒口进行补缩，螺栓孔由芯子带出，具体方案见图6，凝固结果见图7，其中深色代表缩孔和缩松，白色代表致密金属，从图7可以看出缩孔缩松位置主要集中在浇冒口处。

图6 工艺方案二

图7 工艺方案二凝固结果图

1.2.1 方案二的优点

1）两侧螺栓孔由芯子带出，减少后序加工，生产效率高；

2）充型完成后能够形成温度梯度，即冒口里面金属液温度最高，距离冒口越远温度越低，利于补缩如图8，其中颜色越亮（浅）代表该区域温度越高。

3）浇注过程中产生的微小渣子分散于铸件上顶面，MT1级可满足；

4）一个冒口同时补缩两个铸件，工艺出品率高。

1.2.2 方案二的缺点

图8 工艺方案二铸件凝固温度场梯度图

1）两侧螺栓孔芯子中间变形，导致局部加工量小或加工黑皮；

2）为了形成一定的补缩通道，需要在两侧螺栓孔部位放置大量冷铁，现场操作复杂，且不好控制。

1.3 方案三

无冷铁铸造，采用开放式浇注系统，比例1：2：3，快速、水平浇注，在两侧螺栓孔位置直接放置补缩冒口进行补缩，内浇口开设于螺栓孔和肩膀头位置，具体方案见图9，铸件凝固图如图10.其中深色代表缩孔和缩松，白色代表致密金属。

图9 工艺方案三

图10 工艺方案三铸件凝固结果图

1.3.1 方案三的优点

1）无冷铁，操作简单；

2）通过放大内浇口截面积降低内浇口流速，当流速＜0.5 m/s时充型平稳；

3）浇注过程中产生的渣子上浮至液面处，充型后期大部分都进入补缩冒口中，铸件表面质量好；

4）实际生产的铸件UT零缺陷，MT1级。

1.3.2 方案三的缺点

1）工艺出品率底，生产成本高；

2）铸件放置冒口区域需要进行打磨，清理量大；

3）两侧螺栓孔需要后序加工，生产周期长。

对以上三种方案生产的铸件均进行了现场生产验证和解剖，具体检测结果如表1所示，如图11所示为方案三生产的铸件。

表1 各方案生产的铸件检测结果

图11 方案三生产的铸件

2 结束语

通过对比主轴承盖类产品的不同工艺方法，结合现场实际生产验证，采用无冷铁铸造方法可实现铸件顺序凝固，内部无缺陷，生产效率高，铸件质量最好。

［1］中国机械工程学会铸造分会.铸造手册：第5卷［M］.北京：机械工业出版社，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

马林（1990-），男，宁夏吴忠人，学士，助理工程师，现主要从事铸造工艺设计工作。