GE机体外模制作及组装创新研究

袁志刚　季平

摘要：GE机体是HXN5机车的柴油机机体，它形状结构复杂、制作困难。针对这一问题，文章运用新技术、新工艺、新方法对GE机体进行制作。文章首先对制作工艺进行分析，再对卡板、外膜等关键组件制作的关键技术进行分析，再从外膜组装和模型组装细节进行分析，详细介绍了GE机体外膜制作组装流程，保证了柴油机机体的质量。

关键词：GE机体；外模；卡板组装；模型组装

中图分类号：TG241 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0015-02

1 概述

GE机体是HXN5机车柴油机机体，是柴油机中单件重量最重、尺寸最大的铸件。它形状复杂，如图1所示，技术要求高，采用树脂砂造型，这对模型的表面质量、尺寸和形状精度都提出了较高的要求。因此，在模型制作的过程中运用新技术、新工艺、新方法，各工序紧密协作，合理组织生产，确保模型制作一次成功，保证公司新产品开发任务的圆满完成。

2 工艺分析

通过对GE机体进行工艺分析，根据铸造工艺要求以及铸件的外形和质量要求，确定GE机体模型为上下分型，底箱为外模造型，上型采用组芯造型，砂型采用树脂砂。全套模型共26付芯盒，打76只坭芯，7付大芯盒（后端芯、齿轮箱芯、前端缸径芯、中间缸径芯、中间缸径芯、前端缸径芯、前端芯）用翻箱机脱芯，芯盒框须采用金属框。

底箱外模长宽高为4485.4×1731×288mm。由于尺寸外模较大，必须采用镶拼和分段的结构形式安装在底板上，这种结构形式的优点是：方便制作，能很好地控制每一段外模的形状和尺寸精度，减少模型制作过程中产生变形；能保证外模上所有芯头位置的正确安装和调整，保证砂芯落芯时能正确定位。底箱外模由以下几部分组成：本体、前端芯头、凸轮腔定位芯头、后端芯头、V型缸径芯头、凸轮腔芯头和水腔芯头。

3 底箱外模制作

先对图纸进行工艺分析，再进行外模制作，外模制作包括：熟悉图纸；制订模型制作工艺；模样放样；卡样板制作；备料、划线、加工；修配组装及检查等整套过程。在GE机体模型制作过程中，严格遵循这个过程，确保模型制作一次成功。

3.1 模样放样

放样是模型制作的前提。通过放样熟悉图纸，掌握产品的形状和结构，对模型制作能合理的分型和科学的组合，及时发现和校正图纸和工艺上的不足，避免实际制作时可能出现的错误，且在实际制作过程中，可以避免繁琐的尺寸计算，所需尺寸可以在样板上直接量取，也就是说放样是模型制作的基准。

为了对机体进行放样，利用计算机UG软件对机体三维实体进行分段，剖切各断面形状，借助计算机绘制和测量出所有需要的尺寸，通过分析，首先确定模型的最佳分型和结构方案，然后考虑各部分的收缩率以及主要尺寸和关键尺寸的布置，并绘制出放样时所需要的图纸，再根据图纸进行模型放样，在平面样板上按1∶1的比例画出机体模型各断面形状，这样既方便了模型的制作，又避免了可能出现的错误。

3.2 卡板制作

在对图纸进行工艺分析和模样放样后，根据实际生产要求，制作大小各种卡板约50块。如图2所示为机体外模外形卡板。这些卡板的制作，对GE机体模型的制作、检查及以后的修理有着十分重要的作用，提高了模型制作的尺寸精度，保证了造型质量。

3.3 外模制作

GE机体采用的是组芯造型工艺，底箱采用外模造型，由于外模较大，制作过程中如果分块制作，尺寸难以控制、组装困难，因此，对左右两侧模块采用的是整体造型，这样减少了因分段造型造成的累积误差，从而保证了模型尺寸。制作过程中，为了保证外模的尺寸，对外模的用料进行了严格的筛选，采用优质的东北红松（自然干燥一年以上），减少因气候变化而造成的模型变形；同时对板材结构严格要求，板宽不超过100mm，板厚不超过30mm，采用空壳与横竖交叉结构，这样最大限度地控制了模型的变形。为了保证外模尺寸，保证缸径孔及立板的位置，采用铁卡板划线，制作纵向卡板，它以前端定位孔为基准、以后端定位孔为导向来控制有关的纵向尺寸。

外模由铸件的外形加上各种芯头组成，所以芯头是外模上主要的零件之一，外模芯头是砂芯的定位基准，铸件上的砂芯都是以芯头来定位的，因此，芯头形状的准确、尺寸精度的高低，将直接影响到铸件的壁厚尺寸大小以及内腔形状的正确与否，此外，通过调整外模芯头的间隙能控制砂芯之间的间隙。

GE机体底箱外模上很多芯头，其中，以V型缸径芯头以及凸轮腔和水腔芯头数量最多，有16只缸径芯头，其尺寸完全相同，16只凸轮腔芯头，其尺寸完全相同，16只水腔芯头，其尺寸完全相同，由于数量多且形状不规则，又安装在外模斜面上，图3为V型缸径芯头，图4为凸轮腔芯头。

如果做木质模型的话，一方面，材料消耗大，人工浪费大，另一方面，不可能保证每只外模芯头都能做到同一尺寸，没有偏差，所以在制作过程中，采用新的工艺方法，即先做一只V型缸径芯头、一只凸轮腔芯头、一只水腔芯头，分别以它们为母模，用环氧树脂翻出阴模，图5为V型缸径芯头阴模。

待阴模硬化后取出，然后修正阴模，使阴模尺寸完全符合图纸及工艺要求，再制作环氧树脂塑料模。工艺过程为：先在塑料阴模表面涂上脱模剂，在环氧树脂中加入固化剂和金刚粉，搅拌均匀后涂在阴模上，然后一层一层地贴上玻璃纤维布，使之厚度达到10mm以上，再用木板、铁板封口，最后用玻璃压在阴模上，硬化8小时后起模，形成塑料芯头。这种工艺的优点是能保证数量多且形状复杂的芯头形状和尺寸完全一致，减少芯头间隙，保证砂芯落芯时的精度，从而提高造型质量和尺寸精度。

4 外模组装

外模组装包括两部分：底板划线和模型组装。

4.1 底板划线

底板长宽为5280×2880，由于底板尺寸大，给划线工作带来很大的困难。

经过分析，首先采用拉线吊线法来划线。即用0.5mm钢丝在底板上求出中心线，然后底板中心线及两端定位销孔，钻组装用定位销孔，以定位销孔为基准划出模型中心线；其次设计制作组装样板，图6为划线组装卡板示意图。将两块样板分别套在定位销上，校正位置后划出外模的外形线和组装线以及凸轮腔芯头组装线、模型分段拼装线、中心线等。用拉线吊线法结合组装样板来划线，可以大大提高划线工作效率，解决受划线工具限制的弊端，提高划线的正确性。

4.2 模型组装

利用组装样板及所划出的中心线，将外模安装到底板上，首先将凸轮腔芯头、后端芯头及本体校对位置正确后，用螺栓紧固，然后将16只V型缸径芯头和16只凸轮腔芯头、25只水腔芯头以及其他一些芯头，分别固定在本体上，用总长卡板来控制芯头的位置和高度，最后装上冷铁定位块以及外模上的其他所有零件，并做好标识和网格，避免在造型和落芯过程中出错。

5 结语

GE机体的制作经过造型、落芯、配模、浇注后，铸件经过划线加工，产品已通过鉴定，没有因模型质量而造成报废或返修。在模型的制作过程中应用了新技术、新工艺、新方法，合理地组织了模型的制作，从而保证了GE机体模型的制作成功。

参考文献

[1] 李新亚.铸造手册[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 李魁盛，李国禄，李日.铸件成型技术入门与精通[M].北京：机械工业出版社，2011.

作者简介：袁志刚（1973-），男，江苏常州人，中国南车戚墅堰机车有限公司高级技师，研究方向：机车车辆设备。

（责任编辑：黄银芳）