CW200大马力机体铸造工艺设计

马素娟，姬爱青（潍柴重机股份有限公司，山东潍坊261108）

CW200大马力机体铸造工艺设计

马素娟，姬爱青
（潍柴重机股份有限公司，山东潍坊261108）

对公司新开发的CW200大功率柴油机体铸造工艺设计进行探讨，包括铸造工艺分析、工艺方案确定及各工艺参数选择。生产实践证明，该工艺是可行的，为今后类似铸件的铸造工艺开发提供参考。

柴油机机体；结构特点；工艺设计

XCW6200ZC-X16柴油机是潍柴重机自主研发的C W200系列大功率柴油机，机体铸造工艺开发由铸造厂承担。

1 机体结构及技术要求

该机体为直列六缸，具体机体结构如图1所示。铸件最大轮廓尺寸为1 780mm×1 016mm× 1 120mm，铸件重量约2 500 kg，最大壁厚77mm，最小壁厚10mm.

铸件材质为HT250，本体抗拉强度≥225M P a，主轴承座硬度控制范围180H B W～240H B W.

2 铸造工艺方案确定

2.1 机体铸造工艺分析

2.1.1 结构特点

该机体为大型灰铸铁件，内腔结构主要由三部分形成，分别为缸筒与曲轴箱腔、喷油泵上下腔、中冷器上下腔。其铸造工艺难点在于喷油泵上下腔、中冷器上下腔与缸筒腔不相通，且中冷器上下腔除与机体缸孔面有圆孔相通外、与机体侧面也不相通，喷油泵上下腔、中冷器上下腔砂芯无法使用芯头固定，铸件浇注过程中容易造成漂芯、偏芯等缺陷。

图1 机体结构示意图

2.1.2 卧浇工艺

铸件以缸孔中心线分为上下两箱，根据产品结构及工艺要求，每箱铸件需6个曲轴箱与缸筒芯、2个端芯、1个喷油泵腔芯、1个中冷器腔芯共10个砂芯。

优点：所需工装数量少，工装制作费用低，铸件下芯操作简单。

缺点：1）受铸件结构限制，曲轴箱与缸筒芯、中冷器腔芯若分段制芯，砂芯无法定位与固定，只能制作整体砂芯，而整体砂芯尺寸较大，无法实现射芯机自动化生产；2）手工制芯生产效率低，操作者劳动强度大；3）铸件浇注时型腔内的气体及砂芯产生的气体只能靠芯头处的排气通道排出，易形成气孔缺陷。

2.1.3 立浇、劈箱造型工艺

机体缸孔面向下进行铸件浇注，机体的外侧面积分别由左右侧箱、两端箱、上下箱六扇砂箱形成。

优点：1）喷油泵上下腔、中冷器上下腔芯与机体缸孔面有圆孔相通，可以实现砂芯定位；2）可以通过研箱时在喷油泵上下腔、中冷器上下腔与缸筒与曲轴箱腔腔壁处放置芯撑实现砂芯固定；3）可以实现使用射芯机分段制芯；4）浇注时铁液流向与机体的上下结构保持一致，有利于铁液的充型及排气。

缺点：劈箱造型对砂箱质量要求高，模板结构复杂。

综上分析，如采取卧浇工艺，中冷器上下腔芯无法定位，采用立浇、劈箱造型工艺成为该机体工艺设计的必然选择。

2.2 铸造工艺方案设计

2.2.1 造型

采用碱性酚醛树脂砂造型，每件铸件由两端箱、两侧箱、上下箱六扇砂箱形成。

2.2.2 制芯

为保证铸件尺寸精度，提高生产效率，铸件所需砂芯全部采用三乙胺冷芯盒制芯。对缸筒与曲轴箱芯分为上下两段（缸筒芯、曲轴箱芯），喷油泵上下腔、中冷器上下腔每两缸分为一段，分别由三个砂芯形成，铸件组芯图见图2.砂芯浸涂醇基涂料，进表干炉150℃～200℃下烘干30m in.

2.2.3 下芯研箱

人工使用下芯吊具依次下入各砂芯，为防止铸件浇注过程中喷油泵上下腔芯、中冷器上下腔芯出现漂芯，喷油泵上下腔芯、中冷器上下腔芯分别和曲轴箱芯之间设计插入式芯撑固定砂芯，如图3所示，防止研箱过程中芯撑掉入型内。

图3 芯撑示意图

3 铸造工艺设计

3.1 铸造工艺参数的确定

铸造收缩率：根据碱性酚醛树脂砂工艺特点，长度方向1.1%，高度宽度方向1%.

铸件加工余量：机体下平面与主轴承座径向10mm，其余位置加工余量8mm.

工艺补正：机体主轴承座处由于砂芯厚大，铸件收缩阻力较大，但由于缸筒芯砂芯通用，主轴承座部分无法单独设置收缩率，为保证机体加工后主轴承座螺栓孔壁厚，主轴承座厚度方向单侧工艺补正+1.5mm.根据经验，所有搭子半径方向工艺补正+1.5mm.

3.2 浇注系统设计

大型立浇机体一般选择双侧底注、开放式的浇注系统，内浇道开设在机体缸孔面处，位于铸件的最底部。底注式浇注系统铁液充型平稳且铁液流向与缸体的上下结构保持一致，有利于铁液的充型排气，同时气孔、砂眼等铸造缺陷集中在铸件顶面上，可以通过粗加工去除，提高了毛坯的成品率；开放式浇注系统横浇道基本处于充满状态，有利于挡渣。

该机体浇注系统主要由四部分组成：外部浇口箱、直浇道（1个）、横浇道（2个）、内浇道（14个），浇注系统各部分比例：

F直浇道：F分直浇道：F内浇道=4 400：6 700：9 600=1.12：1：1.53==4：6：9.

3.3 排气系统设计

铸件浇注过程中砂芯及型腔内的气体主要由铸件顶面排出，出气冒口直接通到上砂箱顶面与大气相通，能迅速排出型腔内的气体。该机体排气系统共分三部分，分别为曲轴箱芯出气冒口、型腔上平面溢流排气冒口、轴承档溢流排气冒口，其中型腔上平面和轴承档溢流排气冒口，既可排出型腔内的气体，又可排出型腔内的铁液。具体浇冒系统见图4.

图4 铸件浇冒系统示意图

3.4 砂箱设计

劈箱造型对砂箱特别是砂箱结合面质量要求很高，以确保铸型装配的准确性和可靠性。为防止砂箱变形及在打箱过程中损伤砂箱结合面，选用球铁铸造砂箱，对砂箱结合面采用台阶式结构设计，具体见图5.

图5 合箱后铸件工艺简图

3.5 熔炼及浇注工艺

熔炼工艺采用中频A BP 6100k W电炉熔炼，采用C u-C r-M o的合金强化工艺，炉料质量分数配比：30%～10%Z10生铁，40%～50%废钢和30%～40%回

表1 原铁水化学成分（质量分数，%）

表2 孕育后最终成分（质量分数，%）

4 工艺验证

该工艺顺利通过生产验证，产出合格铸件，铸件尺寸精度及内外在质量均满足产品设计要求，如图6为机体毛坯图。

图6 机体毛坯图

5 结论

1）对于大型柴油机机体，选择立浇、底注工艺，有利于铁液的充型和排气，提高铸件内在质量；劈箱造型工艺又可减少砂芯数量。

2）砂芯分段制芯，可以实现射芯机自动化生产，提高生产效率，减轻工人劳动强度。

［1］于而元.铸铁件生产指南［M］，北京：化学工业出版社，2008.

Design of Casting Technology for CW 200 High Power Block

MA Su-juan，JIAi-qing
（WeichaiHeavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261108，China）

The casting technology of CW200 high-power diesel engine block developed recently in Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.was discussed，such as casting process analysis，process determination and parameter selection.The production practice proved the technology is feasible，which can provide guide for the future developmentof similar castings in casting technology.

diesel engine block，structure characteristic，casting technology

TG24

A

1674-6694（2017）03-0013-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.005

2016-12-06

马素娟（1970-），女，工程师，主要从事铸铁件铸造工艺开发研究。