道依茨-曼海姆TBD620V12柴油机国产化机体的铸造工艺
吴康 裴泽辉 王贵岭 周文斌
(洛阳河柴铸造有限责任公司 471039)
摘要：TBD620V12柴油机是从德国引进的系列柴油机的一种，机体的轮廓尺寸为1700×1020×760mm，重约1．7吨；结构复杂，技术要求高。通过合理地选择分型面与铸件收缩率，以及精心设计浇冒系统、冷铁、装箱控制样板等，浇注出合格的机体铸件。
关键词：机体国产化铸造工艺
TBD620v12柴油机是我集团公司从德国引进的系列柴油机的一种，其机体毛坯为半隧道式，气缸夹角为90。，两排各布置6个气缸。缸与缸之间有宽槽，使各缸的上部相对独立，并且各缸强力螺栓孔与气缸和主轴承孔、凸轮轴孔相对位置要求极高。A、B两列水腔在飞轮端相通。为了满足TBD620V12柴油机提高单缸功率的要求，缸套旁边的挺柱导管孔与主滑油道均直接铸在机体上，使之结构非常复杂(如图1)。620v12机体毛坯体积大，轮廓尺寸为1 700×1020×760mm，该件重量大，重约1.7吨。机体内厚薄不匀，差别很大，最薄处为8mm，最厚处为64mm，材质为QT500-7，不允许有裂纹、缩孔、缩松等缺陷，重要部位不允许修补，增加了铸造难度。与以往所铸造的机体相比：几何形状复杂，模具制作难度大，砂芯数目较多，尺寸难以控制。结构上厚薄交接处较多，易产生收缩类缺陷，清理困难，尤其是在飞轮端水腔、挺柱孔、主油道等部位。
1．铸造方案分析
1.1分型面和浇注位置的确定
铸件分型面的选择在很大程度上影响铸件的质量(主要是尺寸精度)、成本、生产率。选择分型面的原则是：尽量减少砂箱、砂芯、活块的数目，便于造型和装箱，还应与浇注位置相互协调。按照这个原则，在分型面和浇注位置的选择上，基本上有两种方案可供选择。一方案是分型选在缸孔外沿，浇注位置为缸孔向下的底注方案。特点是：砂芯、活块数目较少，尺寸稳定性增加。合金液充型平稳，排气方便，不易冲坏型腔与造成飞溅。二方案是：分型面选择在机体轴承档的中心线。采用侧面向下的卧浇方案。特点是：不需要较高的砂箱，不用吊芯，但所需砂芯、活块数目多，端头水腔芯与每缸中间水腔芯下芯困难。
通过两种方案对比，一方案有如下的优点：1、减少了砂芯数量，使得尺寸稳定性增加，合金液充型合理。2、缸孔面放置在下面，减少了此处的铸造缺陷，提高了铸件的成品率。因此，我们最终选择了一方案(如图2所示)。
1.2铸件收缩率
铸件在冷却时，由于合金的线收缩而使铸件尺寸变小，所以在制造模样时，模样的尺寸必须比铸件的尺寸要大一些。我们根据TBD620V12机体铸件本身的结构，依据砂型及合金的收缩率，并参照同类型机体铸造工艺经验来选择。TBD620v12机体铸件的收缩率经生产调试验证后确定。
2． 浇冒系统设计
控制铸件凝固的基本原则为顺序凝固和同时凝固，顺序凝固是采用各种方法保证铸件远离浇冒口部分最先凝固，最后才是浇冒口本身凝固。同时凝固是采取工艺措施使铸件各个部分同时凝固，各部分之间温度差小。TBD620V1 2机体的材料为QT500—7，球墨铸铁的结晶温度范围很宽，容易形成缩孔、缩松。由于球墨铸铁自身膨胀较大，铸型又为自硬砂，其钢性较好，在铸件凝固过程中变形和型壁迁移量小。考虑到这些因素，我们选择了整体顺序凝固、局部同时凝固这一凝固原则。
2.1浇注系统的设计
底注并且采用树脂砂造型、制芯，因此选用较快的浇注速度，通过查阅资料，为了达到快速充型的效果，该工艺的浇注时间t设计为：45 s。通过阿暂公式可以计算出最小阻流面积：
浇注系统设计为：使合金液分两侧进入，设置12个内浇口，浇口均匀，有利于减少铸件温差。同时，考虑到球铁易氧化、夹渣，要求充型平稳、通畅，因而浇注系统选用底注半封闭式，浇注系统比例设计为F直：F槽：F内=1：1.7：0.7。这样的比例可以防止铁水从内浇口流入时对型、芯的冲刷引起铸造缺陷。根据上面的比例，可以计算出浇注系统各部分的面积。为了更好的减少铁水的冲击与防止夹杂进入型腔，横浇道进行搭接，搭接处放置球铁用的耐火纤维过滤网。
2.2冒口及冷铁设计
为了达到局部同时凝固的目的，避免在厚大部位产生缩孔、缩松缺陷，在铸造工艺中较多的采用了冷铁，从铸件结构看，厚大部位主要有4处：① 油底壳处Φ50的两搭子。②挺柱孔旁的搭子部位。③主油道部位。④主轴承挡。这些部位是由机体内部芯子形成或处于内浇口附近，冷却条件较差。
道依茨-曼海姆TBD620V12柴油机国产化机体的铸造工艺
