大型活塞式压缩机缸体的铸造

』j 以 汔 百?晦 ． z1搴 大型活塞式压缩机缸体的铸造 南京化学工业 (集团)公司化工机械厂 赵仲廉 摘要 t红旗抖 6000／362活塞式置直气压缩机是中型置肥厂的关健设备之 一·谊压缩机的一段气缸体·邢状 复 杂，要求高．铸造上存在相当难度。丰主舟龆谴缸体的铸造工Li~ii-，化学成分选择覆铸造 陷的防止 Casting of the Big Size Cy】inder Body of Reciprocating Compressor Zhao z／aonglian (Nan~ng Chem／eal hidustt~ (Group)Chemical Machinery W orks) Synop~ ：The Red-flag brand 6000／362 一 reciprocating compre~or b one of the m important equipment in a middle删 e synthetic mnrnon~ l faetoTy． "['here are certain d~tficult3es in foundry process because the shape。f the flr~t stage cyUnder body of the e啪 pfe啪 r妇 complex and required high quaU亡y． In this paper will d~,~cuss on the foundry process、selection of也e co mpositions and elimination of the casting defects． 红旗牌 6000／362活塞式氮氢气压缩机是中型氮 肥厂的关键设备之一．该压缩机的一段气缸体．外径 ~lg00mm．铸件高 1917mm．净重 11250kg。其 内部气 腔、水腔交迭，形状复杂。粗加工后+缸体气腔部分 须经 0．45MPa、水腔部分蕊经 0．6MPa承压试验、2O 分钟后降至 0．3MPa保压 2小时不允许渗漏。缸膛内 圜3 型廿性 ‘t自动拉幸l亲境 脚 蜘 径 61100mm，不镶缸套直接与活塞环接触 ．精加工后 缸瞳工作面硬度值要求为 HB170~240。该缸体在工 艺 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、造型操作等方面均有一定的难度·对型砂、冶 炼也有特殊要求。我厂自 89年底以来 ，共铸造缸体 8 只．已加工完毕。现对该缸体的铸造工艺 、铁水化学 成分选择以及铸造缺陷防止等作一介绍。 故而以此为出发点对 型砂性能 第一指标 一紧实率的 控制．可以建立图 6所示模型。 在此 ．需要予以讨论井说明的是 ， 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 模型的建 立需要大量来源于现场的数据。 井不适用于任何情 况 。至少需要 以下保证 ； 4，I 混合料应为千料或虽 智一定水分，但应橙散井 可 自由流动。 4．2 必须在第一折点 ( ，b)处的混合料与水未发 生作用 ．以便确定加砂量与 Ts的单因素关 系．这可以 有两种方法，第一种是先加混合料进行干混或瞬时将 混合料加入混砂机中．前者的不足是会造成刮板过早 磨损及碾壁粘砂．后者会造成冲击． 4．6 为排除其它影响，定时装置及执行机构的敏感 性及稳定性应可靠。 4．4 允许水压、混合料流动性在一定范围内有缓慢 的变化．但不得出现突变． 《铸造技术》5／l 992 疋 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 圈 l 一筏 ‘^体 壬艺圈 聊 ．1 蜘 血岫 帅嘴 如枷 妇 州 脚 ． t 锝造工艺设计 铸造是一个复杂的多工序的生产过程．任何一道 工序的琉忽或失误 ．都可导致一个合理的铸造工艺归 于失败。 1．1 芯的组编 一 段缸体 (匿 1)．主要壁厚 35ram。气腔和缸膛 之间的气体进、出孔是不铸出的 ．从铸造角度看．气 缸体内部可划分为进气腔、出气腔、玲却水腔及缸膛 四个互相独立的空腔。缸体的上、下二端面，告有 8只 3‘铸造工艺出砂孔 。缸体 ~lgOOmm的外径轮廓．在不 同的高度层次的不同方 向上分布着气腔和水腔 的大 小不同的近 20个咀子。按常规．缸体的铸造就是以这 些诅子 中心线在高度的分布层次作为分型分芯面的． 对所论-段缸体．若按此法将砂型、气腔、水腔坭芯 均分为四截 ，则会造成气腔坭芯组配在型腔中定位不 稳固，据到这种定位困难的坭芯．习惯上是在坭芯骨 上铸出拐子．支撑在型腔外的砂型开边平面上．但由 于该缸体气腔坭芯体积大．所受铁水洋力 自然也大． 在铁水抬力的作用下．很难保证坭芯一点不动．若稍 有抬动．就舍造成铸件 通皮 而报废。教而．将原 本应该分为 4节的气腔坭芯仅分为二节．共 4只坭芯 即 进 气腔 的 5 、13 坭芯、出气腔的 4 和 1 坭 《铸造技术》5／1 992 芯 (匿 1)。这样 -母个坭芯在约 120度的范瞎内告有 三 个外伸的坭芯头 ．这三个坭芯头 由于相隔约 120 度 ．因而能相当稳定地使气腔坭芯定位。但 由此引起 了另外二个同题{一是 由于 4 、5 、12 13 坭芯 各 自的三个芯头座．处在外型的不同开边层次上 ．砂 型如仅简单地开边分为中 、中z、中a、中．4层．就会 使 4只气腔坭芯均无法组配到型腔中击．为此 ．我们 ， 在外模上增编了 8 、9。及 15 3只坭芯。其二是由于 缸体气腔体和水腔体相互迭套 ．若 中间二节即第二、 第三层的水腔坭芯按常规做成 360度整体坭芯．亦会 使得气、水腔坭芯无法组配。为此 ．将该二节水腔坭 芯在恰当 的地方一分为二．即形成现 在工艺图上的 2 、6 及 11 、14 坭芯． 一 个型腔中要组配进几十个坭芯 ．坭芯与坭芯的 结合缝必须用型砂或涂膏填补．因此．难免会有砂子 等杂物在组配砂型 、坭芯时进入型腔 。特意将缸膛部 位的 17 坭芯头加长至 250ram．这样．在落入 17 坭 芯之前 (17 坭芯为最后组配的坭芯)．可以用压缩空 气将所有落^型腔内的散砂杂物吹入底箱平面．然后 再从17 芯 头处将所有散砂及 杂物扫 入芯 头全部取 出． 1．2 缩尺的选择 维普资讯 http://www.cqvip.com 矗 所周知 ．铸件的固态收缩 决定锌件的最终尺 寸。影响因索主要有 铁水的化学成分，铸件的冷却 条件、铸件结构、砂型 (芯)的紧实度等等。同一铸 件 ．虽然铁水的化学成分相 同．但由于铸件各方 向的 收缩受阻程度或冷却条件不一样 ．往往造成铸件各方 向的收缩量不一致 ，因此 ，使得同一铸件特别是尺寸 较大的铸件在不同的方向上采用不同的缩尺。一段缸 体在直径和高度方向分别采用丁不同的缩尺t直径方 向砂型和坭芯均取 O．8 ；高度方向．由于考虑到合箱 披缝等因素的影响-砂型取 O ．而坭芯取 O．5 ．浇 注后实际测量及加工前划线检查．证明如此取放的缩 尺是合适的。 I．5 浇注系统 我厂以前铸造类似缸体．基本上全部采用上雨淋 浇口．雨淋孔设在缸膛部位的壁厚中线上．上雨淋浇 口的优点是铁水温度分布在涛件高度方向上符合自 下而上的顺序凝固．缸瞠内径质量好．且撇渣效果较 好．缺点是浇注初期。铁水从高处落人铸型底部，易 于飞藏产生铁豆 ．且高度越大．飞溅越严重·产生铁 豆危险性也越大。故而在权衡之后．不用上雨}I孓浇注 系统．根据现有设备条件和铸件重量．决定采用二个 直浇口．分别从铸型底部和中部将铁水导人型腔．二 层浇注系统互相独立 ．用二 十浇包 ．采用拔塞浇 口杯。 浇注时．先由底层洗口浇人相当铁水 (约 5000kg)．使 型腔内铁水禳面上升到中层内浇 口高度附近 (约 800ram)．中层浇 口才开始浇注．目的是减小中层内浇 口铁水出口落差 ．力求 使禳面平稳上升。 一 十用二个互相独立的浇注系统的铸件．其浇注 系统的计算．可以将每套浇注系统看成各自单独浇注 一 件独立的铸件米各自计算．就本例而言一假设铸件 重 量沿肆件高度方向上是均 匀分布的 ．下层内浇口的 铁水总流量为 7000kg．而中层浇注系统在型内铁水液 面上升到800ram高度时开始浇注．则可以将一段缸 体 的下层浇注系统看成单独浇注如图 2的铸件．而中 层浇注 系统则另看成单独浇注如田 5的铸件。 7 7 疆 国 2 下层浇注束统 计鼻示意图 ． 2 m ∞_删 ☆ “ q咖 b ． 12 一 国 3 上层浇注亲抗 计鼻示意 圈 珊 3 ∞ 加 № 曲 妇 m ∞妇 出妇 - 图中Ho为浇口杯内棱面至内浇口所在平面的高 度．C为铸件高度．P为内浇 口至铸件项面高度。 缸体浇注重量 12500kg．因铸件重量沿高度方向 均 匀分布．则 7000kg铁水可浇注的铸件高度为 c一 X 1912=1070mm~[] 2。由于中层浇 口从型内 禳面高度上升到 800mm时开始浇注．所以其计算流 量 (非 实际 流 量．实 际 流 量应 为 12500—7000— 5500kg)应为c：盟 塑×12500—7230k~ 。铸件的 计算高度亦相应为 C一1912—800=1112mm．如图 3． 根据图 2、图 3．分别对其用公式 一 ! 0．31 井 选取合适的 l‘值 (本倒取 一0 41)和浇注时间 t (为保证型内铁水漩面平均上升建度在 12mm／s左右． 对图 2取 【1 87秒．图 5取 z=90秒)。求得 图 2即 下层内浇 口总臀}面积为 42cm ．图 3即中屡 内浇口总 臀}面积为 48cm 。实际二层均取 l5×25内浇口各 12 道．浇注系统各部分比倒为F ：Fal Fx=1 t1．2l 1． 由于采用了近似于封闭式的浇注系统 ．且铁水压 头叉高．如：底层浇口在浇注开始时．其铁水压头为 2820mrn 中层浇口在浇 注开始时为 1913mm。由 V— 2曲 (取 =o．41)可计算出、浇注初期．底层和 中层内浇口的出口漉建分别可达 3m 和 2 5m／s．这 么大的流建．其对型、芯的冲刷破坏作用是不可忽视 的．为此 ．将内浇口与铸件连接处的臀}面增大至 12× 60mm：．而内浇口与横浇道连接处的臀}面仍为 15×25 mm 不变 。这样 ，底层和 中层 内浇 口铁水 出口速度均可 降低=分1之一．从而大大降fl￡了铁水的冲击怍用。 在浇注中期．因为是二个直浇口同时浇注．这样 计算出的浇注系统．实际浇注时间将小于计算中使用 的 t 与b之和。 需要 注意的是 ．凡与本倒相同类型的浇注系统． 要恰当地掌握好后浇的浇包的开浇时机．太早．则型 内{葭面过低．内浇口出 口铁水落差大 ．太迟 ．则型内 液面已超过 中层 内浇口高度 ．铁水将返睫至中层浇注 系统中去 ．在这种情况下 ．中层浇 口杯塞子打开．铁 水即沿直浇口整十断面充盈而下．此时．被封闭在中 层浇注系统中的空气．由于受骤热体积尉烈膨胀．舍 产生类似于爆炸的效果．气体沿直浇口向上夹带铁水 高速冲出或经内浇口高建进入型腔．易出人身事故或 震坏坭芯。因此．为安全起见。在第二包铁水开浇时． 型内{葭面高度不应超过中层内浇 口高度 。 I． 4 冒口 《铸造技术》5／l992 维普资讯 http://www.cqvip.com 缸体的内外二 圈各加高 60ram (见图一之 C—C 剖面)． l60×300缩颈 冒口 (缩颈处 ∞0)内圈 4只． 外圈 6只。 2 铁水化学成分的确定 缸体材质为 HT200．按理说应该无特殊困赡 。然 而在技术要求中 ．规定缸膛内径硬度值必须在 HB170 ～ 240范围内，铸件的硬度值主要和铁水的化学成分 和铸件的玲却速度有关。缸膛部 位主要壁厚包括加工 量在 内为 70ram．局部 85mm以上 ．模数平均在 3．7cm 左右。常规试验棒直径 4,30mm．模数仅 0．75cm．由于 二者模数相差悬殊 ．若 4,30ram常规拉棒硬度台格，同 样成分的铁水 一在壁厚为 70ram的缸膛上打出的硬度 值不见得台格。查阅了大量本厂机械性能试验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ． HT200的硬度值．平均在 HBI90上下。又以模数为 3．7cm的试块以常规成分进行模拟试验．飒f出的硬度 值为 HB174。可见．若沿用原来的HT200化学成分． 缸膛部位的硬度值将会偏低甚至很可能达不到规定 的低限值。要提高该处硬度 ，排除表面鹅处理手段外 ， 铸造上可供选择的方法 ．要 么是在缸膛部位放冷铁， 增大该处的冷却速度 ．要 么是往铁水中加入某些适量 的台金元素。考虑刊放冷铁一是数i-X造型操怍不方 便 ．=是易造成气孔 ．三是硬度值不均 匀。因此 ．选 择了加台金元索 ．调整铁水化学成分的方法。 cf是碳化橱形成元素．能稳定珠光体并使珠光体 细化 ．因而能提高铸铁的强度和硬度。cu、Ni均可溶 解于奥氏体中 ，对基体起固溶强化作用 ．并且既能促 进一次结晶时的石墨化．削弱 Cv的白 口倾向．使薄壁 处不易出现白口．又能降低共析转变温度．促使基体 珠光体化 ，使厚壁处也能获得较细的珠光体组织．使 铸件备断面上性 能的一致性得到提高 。可见．0、Nj、 cI|均是理想的加入元素。 据 有关资料介绍．铁水中加入 0．4 的 Cr． 可 提 高 30~40N，加入 1 的 cu、 可提高 25~30N．加 入 l 的 Ni， 可提高 20N。另外．又随机抽琅本厂台 格的HT200机槭性能试验报告 20份．从统计学角度 计 算 出 ≈ 0．8亦 即 在本 厂铸 造 条件 下 ，对 于 HT200．HB≈0．8 如果希望将缸瞳模拟试补的硬度 从 HB174提高到 HB200～210．即提 高 30个 HB左 右．则要求 ∞ m试棒硬度值提高 45个 HB单位．根 据哪 ≈0．8 ．则要求 ~30mm拉伸试掸的 叮h提高 60N左右．根据上述台金元素对 的影响程度 ，确定 cf的加入量为0．4 ，Cu的加入量为 0．6 ．Ni的配 入 量为 0．2 。为慎重起 见．又将此成分浇铸了模拟试 培测试，HB=210~217。实际缸体的化学成分和机械 性能见下表： 缸体化学成分和机械性能丧 T|b．The chemIemd如tnp0|_n咄 end meehlni~l 0p曲 of t Cyli=d~ bodI薯 主要化学成分 ( ) 机械性能 ( 30拉棒) 缸膛实刹硬度 编号 C sI o Ni ob(N) HB l 3．20 1．68 仉 7l 0．38 0．i8 0．58 24i 2l7 l83～ 206 2 4．07 2．08 l_05 0．37 0．i3 0．53 i87 i83 3 3．23 1．86 0．84 O．33 0．21 0．64 255 225 l95～ 2l0 4 287 205 5 3．30 1．56 0．52 0．J3 0．33 0．43 256 225 l90～ 230 6 3．12 I．46 0．75 0．{6 0．26 0．68 244 240 200～ 230 7 3．52 I．35 O．58 48 0．33 0．{2 266 223 8 30 1．22 0．53 0．37 0．20 0．d6 267 234 2l9～ 225 3 铸造缺陷的预防 通常．尺寸大．形状复杂．壁厚悬殊的铸件较易 产生裂纹 ．所以在缸体的铸造中．将防止裂纹的产生 作为预防铸件缺陷的一个重点。为了减小机械阻碍应 力．在型砂配比和芯铁的准各上采取了措施。为使型 砂具有较高的退让性．同时又不致因此而降低型砂的 强度影响造型操作．在芯砂中加入锯术屑和焦炭粒的 同时．加入 2 的糖浆，以保证芯砂的干强度．增大芯 骨吃砂量．以减小收缩阻力。在减小鹅应力方面．除 局部地方增加防裂筋外．还要求所有壁的 “T 型交接 处均作出R30以上的铸造四角 厚薄壁的交接处．铸 造四角要求超过 R50．以改善交接处热节的散热条件． 加大该处的玲却速度。另一方面．用内浇口来调整铸 件的温度分布．内溢口开设在铸件薄壁的外径部位． 造成铸件整体上的同时凝固趋势．以求尽量减小热应 力的产生。同时．要求铸件浇注后 72小时方可开箱。 采取以上措施后．8只缸体清砂后．均没有发现铸造裂 纹。 参加化 学成分确定工 作的有马木健、吴敬蜂同志。 《铸造技术》S／1992 I3—— 维普资讯 http://www.cqvip.com