大型柴油机机体铸件损伤缺陷分析与控制

韩 强，时 晓，刘 跃

（潍柴重机股份有限公司，大缸径材料成型中心，山东潍坊 261001）

随着企业发展，公司战略逐步向高端产品迈进，机体铸件作为大型柴油机的重要组成部分，其质量关乎柴油机的整体性能。大型柴油机机体铸件吨位大，结构复杂，工艺上浇注系统截面积大及补缩用冒口的数量较多，并且粗清及细清主要依靠人工清理，铸件在浇冒口清理、周转时易造成铸件损伤缺陷。经统计2020 年全年，铸件损伤率达0.2%，急需改进提升。本文从铸件浇注系统设计、冒口结构、清理工具应用及清理操作方式上进行了分析与改进，有效减少了铸件损伤缺陷的发生。

1 机体类铸件清理流程

大型柴油机机体浇注冷却凝固后，铸件清理流程为：打箱落砂——粗清——时效处理——铸件粗抛丸——人工打磨精清——检验——精抛丸——喷漆。其中铸件浇口和冒口的清理去除主要在铸件粗清工序进行。

2 机体类铸件损伤产生位置及分析

对机体铸件损伤的位置进行汇总统计，得出损伤的位置主要发生在内浇道与机体相连处、冒口根部与机体相连处及振动落砂时铸件与落砂床的磕碰，机体类铸件产生损伤缺陷的主要位置如图1 所示。

内浇道损伤：内浇道是液态金属进入铸型型腔的最后一段通道，其作用是控制金属液充填铸型的速度和方向，调节铸型各部分的温度和铸件的凝固顺序，并对铸件有一定的补缩作用。铸件在清理的过程中，内浇道与铸件直接连接，操作者易将连接处的铸件一块清掉，造成损伤的发生。

冒口根部损伤：冒口、冒口颈截面尺寸过大，或造型时冒口棒偏移等因素造成铸件在粗清时产生的损伤。

磕碰损伤：铸件受撞击而破损、断裂、残缺不全，多发生在铸件的凸台、棱角等凸出部位。

3 减少机体铸件损伤的措施

3.1 内浇道增加易砸槽，减少带肉损伤缺陷

大型柴油机结构设计上较为普遍的是直列机和V 型机两种，其中V 型机机体铸件因结构特点，在浇注系统的设计上多为中注式，在斜角上设置内浇道极易在粗清过程中产生损伤带肉，甚至是铸件直接报废，因此在产品浇注工艺设计初期就考虑增加易砸槽。通过改进浇道结构及型板局部结构，形成内浇道易砸槽结构。在改进前，内浇道易砸槽成5°的斜面，仍有带肉缺陷产生，后期通过增加易砸槽深度且角度成7°，粗清时更容易在易砸槽处断裂，避免浇道位置带肉而产生的损伤缺陷。内浇道改进前、后易砸槽的尺寸如图2 所示。

该项措施实施后，统计一个月的V 型机的损伤情况，损伤率由0.1%降到0.05%，降幅50%，大型柴油机机体铸件总体的损伤率由0.2%降到0.14%.

3.2 改进冒口固定方式，减少冒口移动

大型柴油机机体铸件，其浇注系统在设计时，为保证内部排气充分，通常在顶部设置大量的溢流冒口，在造型时放置冒口和出气针时，若型板上无定位装置，易导致扁冒口和出气针与机体结合面过大，且不易发现修补。对此通过增加卡槽，使冒口和出气针固定更加牢靠，在造型落砂振实过程中不易移动，结合面固定无增大，降低清理难度，减小了损伤趋势。冒口和出气针改进前、后增加卡槽对比如图3 所示。

图3 冒口和出气针底部增加卡槽

该项改进措施实施后，统计三个月机体铸件的损伤情况，损伤率由0.14%降到0.10%.

3.3 改善清理工具，提高清理效果

公司生产大型柴油机机体铸件最大吨位在20 t左右，生产件号种类多，非大批量生产，很难实现机械化清理，尤其铸件的粗清仍为原始的抡大锤工艺，粗清精度低，易造成铸件损伤，后期引进了等离子切割工艺，其原理是利用具有很高能量密度的高温等离子电弧对切口集中加热，快速熔断的切割技术。现场采用型号为LGK160 的等离子能直接将厚度在20 mm 以内的铸件内浇道进行精确的切除，同时降低了职工的劳动强度。粗清工具的改进前、后对比如图4 所示。

图4 改进的粗清工具

3.4 改进冒口分割，避免溢流铁与冒口相连

冒口是铸型上用以贮存金属液的空腔，其中明冒口的上表面露出砂箱，冒口芯粘不牢或溢流铁过多得不到充分的导流，极易导致溢流铁与冒口内的铁水黏连，造成打箱困难，多通过反复移动上箱及整体振砂，使冒口与铸件分离，操作过程中极易造成铸件的损伤。

对于大型柴油机机体铸件，多为球墨铸铁及蠕墨铸铁件，冒口设置数量较多，损伤问题极易发生，通过将冒口芯周边培砂、冒口底部粘黏结剂及上平面溢流区域分割为多处等方式，避免了冒口芯的漂芯及溢流铁与冒口的粘连，采取措施如图5 所示。

图5 避免冒口芯漂芯及溢流铁与冒口粘连的措施

针对机体铸件在清理过程存在的损伤缺陷，实施以上四项改进措施后，统计四个月机体铸件的损伤情况，损伤率由0.10%降到0.05%，取得较好的改进效果。

4 结论

针对大型柴油机机体铸件在清理过程中产生的内浇道损伤、冒口损伤、磕碰损伤等损伤缺陷，在缺陷分析基础上，提出来增加易砸槽、冒口根部增加卡槽、粗清等离子切割、溢流区域分割等改进措施，通过改进实施，机体铸件的损伤缺陷减少一半以上，取得较好的改进效果。