姜作砚 张迪 张军 姜鑫 陶金
中车大连机车车辆有限公司
摘要 本文主要介绍通过生产实践与工艺试验相结合的方法，对机体预埋钢管的工艺进行改进，解决钢管在浇铸过程中产生的弯曲、熔穿，内壁粘砂、结合面缝隙等问题。对此类产品工艺方法提出总体思路，并且在生产实践中得以验证和推广，同时通过大量生产实践，掌握机体铸管生产的设计规律。
关键词 机体 预埋钢管 表面处理
前言
我海军装备部授权沪东重机公司，以PA6-280柴油机装备F-22P护卫舰，服役我海军同时向巴基斯坦等国家出口。每船以6台柴油机为一组。需求量很大。我公司经过认证，为其供应配件。而铸造机架由于结构复杂，技术难度大，成为铸造中的重点。
PA6机架滑油道结构设计是预埋一根工艺长度4.5m，外径?114 mm，壁厚8.8mm的无缝钢管。可以保证内孔光洁度，和密闭性。加工过程中，减小刀具磨损。柴油机工作中，由于孔径均匀，滑油供应充分，最大限度接近设计要求。
在此之前，所有同类产品的设计，均采用深孔铸造， 设计专用芯骨及专用芯撑来保证不偏移，管道壁厚均匀及内壁光滑。在前期试验阶段，由于钢管熔化和内径弯曲，造成4台机架报废。有的问题可能要在机体加工结束后才能发现，所以造成连带的加工损失更大。针对生产中出现的缺陷，从预埋钢管材料的预处理和铸造工艺方法两个方面分析质量缺陷产生的原因。所以如何确定油道镶入钢管工艺参数，保证油道的垂直度和清洁度，成为工艺设计的重中之重。
1 工艺分析
本机体中油道孔贯穿于整个机体长度方向，采用冷拔无缝钢管，预埋在铸件内部。对于此种设计对于我们是一个新课题。通过经验和工艺分析，认为在生产中可能产生如下问题：
(1)钢管吊装后，在铸型内没有支点，产生下弯弓形，或上浮。难以保证油道的平直度和铸造皮厚公差。(2) 温度高，金属液在钢管的四周流动，将钢管熔化。(3) 温度低，金属液与钢管外表面溶合不好，钢管脱壳或加工后由管外壁向外漏水。(4) 钢管外表面不洁净，浇铸时金属液不稳定，产生气孔和材质不致密。(5) 长4500mm的钢管强度与刚度难以保证。(6) 钢管外表面被铁水包围，内壁如有粘砂很难清理，因此必须有较好的防粘砂措施。(7) 浇铸时，钢管温度升高，膨胀伸长；逐渐冷却时要自然收缩。
2缺陷的因素分析
2.1表面氧化层的影响因素分析
预埋钢管材质选用20#热拔无缝钢管，经正火处理消除应力。采购标准为壁厚±0.5mm，经实际抽检，个别位置－0.3mm。完全符合标准。但购置的钢管由于自然氧化，表面存在铁锈，铁锈成分为Fe2O3，在高温时会分解出大量气体，导致浇注时发气量大，容易在油道附近产生气孔缺陷，造成加工后油道漏油。
2.2钢管刚度、材质影响因素分析
(1) 吊装钢管时，由于在接近4m的长度区间，没有支撑点，受自重作用呈下弯弓形。而在浇注时受铁水浮力作用，钢管要上浮，浮力过大，产生漂浮使内径弯曲，或透皮。难以保证油道的平直度和铸造壁厚公差。由于钢管外围铸件壁厚仅为25mm，预埋在型腔中的钢管在高温铁液的冲刷和烘烤下，且因受热产生的变形量较大，造成钢管预埋件外围的壁厚不够，而使钢管外露，从而造成油道漏油。由此可知，这是形成缺陷的主要因素。
(2) 在浇铸过程中，钢管在高温铁液熔液的包围下，钢管就会自然膨胀。无法确定并控制钢管受热后的变形量，只能初略估算。膨胀表现在径向与轴向两个方向。径向尺寸较小可以忽略不计。长度方向上，钢的线涨系数是0.000011,那么4000m长的伸长量为2.5mm左右，会使钢管的中心位置拱起，最大点偏离管心50mm。但实际情况往往以以正负偏差的方式出现，即实际轴线围绕原钢管中心上下、左右偏移，中间最大，两端递减。
(3) 钢管质量为20#钢，机架材质为QT400-18，两种不同材质在铸件冷却凝固过程中，收缩率、凝固温度等各种因素都不相同，母材缩的大，钢管凹陷，内壁出现鼓包；造成很难成为一个整体。母材缩的小，接触面出现缝隙。
2.3 铸造工艺方法影响因素分析
PA6机架铸件形状较为复杂，为了杜绝冷隔、浇不足等缺陷，浇注温度选择为1350℃。钢管壁极易形成显微缩松甚至少数造成熔通。先期报废的3台机架均是此原因。理论上来讲，钢管的熔点在1530℃，高于浇注温度。处于静止状态不会熔化。在机架辅板位置设置内浇口，整个浇注系统类似于雨淋式系统。优点在于充型速度快，浇道分散，避免热量集中，躲开砂芯面，减小粘砂倾向。但此內浇口是由两块芯子面接触合成的，由于间隙的存在，造成浇注系统不密封，金属液顺劈缝直接流淌下来，不但冲刷处于正下方的钢管。钢管就是处于如此频繁的热交换情况下，钢管壁逐渐变成糊状，以致最后被溶穿。
3 预埋钢管操作的改进措施
我们在查找相关资料的基础上，采取相应的措施。
（1）钢管使用前，进行表面电镀处理。镀覆前应清除油封，清除表面油污、油漆、金属屑及机械加工附带的多余物。待镀零件无机械变形和损伤，无氧化皮、斑点、凹坑、凸瘤、毛刺等缺陷。所有外表面镀鉻，镀层厚度为0.03~0.05mm。镀后的镀覆层与基体金属间结合牢固，经过挫刀法各层间不应起皮，起泡或龟裂。用有机溶液（酒精或丙酮）擦拭不脱落。此镀层起到稳定金属液，增进溶合的作用，同时隔绝型腔水汽的附着。
（2）采取用填充材料填实钢管的方式来增加钢管的强度。填充材料要求能在钢管内较好地致密填实，且材料价格低廉、操作方便。经试验，在钢管的内部放入粒度为12目的“七厘砂”作为填充物，并舂实，在两端用树脂砂封堵。钢管抗弯曲能力较改进前有所提高。这样还可以平衡浇注时钢管内外的压力。同时避免在钢管内壁形成粘砂，影响光洁度。
（3）将钢管预埋件在原长度上加长500mm，在自由端端面延伸到外部，可以自由收缩。另一端插入齿轮箱型芯中固定，保证钢管定位的刚性，从而使钢管得到准确的定位。同时在每一位缸套腔钢管的周围使用芯撑，将钢管固定在相应的位置上。
（4）随着新技术，新材料在各方面的应用，铸造行业也不断的进步。传统的铸造浇注系统采用实型造型，形成铸型型腔。造成金属液在浇注系统内反复冲刷砂型，不可避免造成砂子随流进行充型，形成砂眼缺陷。浇注系统实际尺寸与设计尺寸有较大差异。很难控制浇铸时间与流量，造成质量的不可控因素。本工艺改进后，将内浇口改在缸台面，实现底返浇铸方式。采用陶瓷管作为内浇口，预埋到砂芯中，形成浇铸通道。陶瓷管内壁光滑，尺寸可控，金属液流动没有阻流问题，预埋方便，可以将浇口连接到任意的位置。改进后金属液不直接冲刷钢管，浇铸平稳。
4生产验证
通过各环节的认真控制，试制的后续PA6机架钢管变形量大大减小，弯曲程度控制在允许的范围之内。钢管内壁易于清理，清理后光滑无粘砂。在机加工工序中也没有出现质量问题，达到了质量目标要求。没有出现质量问题，达到了质量目标要求。同时并填补公司铸造机体预埋钢管的技术空白。本研究项目完成可实现16VPA6柴油机机架批量生产，同时使公司也具备了船用、军品的生产能力和资质。为公司下一步生产EMD265机体生产、杭中高32/40机体等有预埋件的产品生产，奠定牢固的技术基础。为公司扩大柴油机生产范围打下良好基础。
5结论
5.1合理的浇注系统，可以保证母体与钢管稳定的溶合。
5.2 减小钢管的弯曲，必须要有牢固的支撑，及加强自身刚度。
参考资料：
1、《铸铁手册》机械工业出版社 1979年10月
2、《铸造手册》第5卷 机械工业出版社 1996年4月
3、《球墨铸铁》机械工业出版社 1982.3
4、《造型材料》 哈尔滨工业大学出版社 1996.3