主要技术要求分析与优化

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：当发动机工作时，气缸体要承受很大的复杂载荷作用，故要求其具有足够的强度和刚性。气缸体最重要、质量要求最高的部位是缸体的上平面及与气缸套相配合的气缸筒内表面。常用的合金铸铁系列有：铜合金铸铁，w=0.5%～1.0%；铬-铜合金铸铁，w=0.2%～0.3%，w=0.5%～1.0%；铬-钼-铜合金铸铁，w=0.2%～0.3%，w=0.2%～0.4%，w=0.5%～1.0%。因此，铜在气缸体的制造中被广泛采用，常取w=0.5%～1.0%。

1.材质

低速大功率柴油机的特性之一是单缸功率很大。当发动机工作时，气缸体要承受很大的复杂载荷作用，故要求其具有足够的强度和刚性。一般选用高强度灰铸铁HT250，硬度为180～240HBW。对于这种大型气缸体的铸铁材质，不仅要求具有较好的力学性能，还要求具有良好的铸造性能，这样才能更好地保证气缸体的铸造质量和使用性能。

气缸体最重要、质量要求最高的部位是缸体的上平面及与气缸套相配合的气缸筒内表面。当发动机工作时，这些部位承受的载荷最大，故其本体强度必须得到保证。在气缸体加工后，可在上平面或气缸筒内表面进行硬度试验，布氏硬度值应不小于150HBW。根据此值对该区域的母材性能进行判断。对于气缸直径在700mm以上的大型气缸体，也可以在上平面的螺栓孔中心处钻取试样，进行抗拉强度试验，其R_m值应在140MPa以上。

高强度孕育铸铁材质能满足一般气缸体强度性能的要求，故被广泛应用。随着现代低速柴油机功率的不断提高，单缸功率越来越大，对气缸体材质的强度要求不断提高。为了确保气缸体材质的性能要求，必须加入适量的合金元素，应根据合金元素对铸铁性能的影响及我国资源的实际情况等因素进行选择。

常用的合金铸铁系列有：铜合金铸铁，w（Cu）=0.5%～1.0%；铬-铜合金铸铁，w（Cr）=0.2%～0.3%，w（Cu）=0.5%～1.0%；铬-钼-铜合金铸铁，w（Cr）=0.2%～0.3%，w（Mo）=0.2%～0.4%，w（Cu）=0.5%～1.0%。铜对提高铸铁性能有着良好的作用，其在铸铁中是石墨化元素，可促使析出较为细小的片状石墨，从而防止产生“白口”。铜元素可细化结晶组织，促使形成较细致的片状珠光体基体，从而较显著地改善铸铁的力学性能，减小对壁厚的敏感性，对提高气缸体上部肥厚区域的内部质量有着显著的影响。因此，铜在气缸体的制造中被广泛采用，常取w（Cu）=0.5%～1.0%。

气缸体材质的金相组织为：石墨呈较细小或中等片状、菊花状均匀分布，数量为视场面积的5%～10%，石墨长度宜为3～5级；基体应是较细密的片状珠光体，允许有少量铁素体，含量宜为3%～5%。

2.铸造缺陷

不允许有铸造缺陷的主要重要部位如下：

1）上平面。

2）上平面中的主螺栓孔内表面。

3）上端中心气缸筒与气缸套相配合的接触表面。

4）气缸两侧凸缘法兰上的联接螺栓孔内表面。

5）气缸下端中心填料函孔O形圈密封区。

6）保护管孔（套入管）O形圈密封区。

有关铸造缺陷的允许范围，应在技术条件中作较详细的规定；对较轻微铸造缺陷的修复，也有具体规定；一般不允许采用焊补的方法进行修复。

3.热处理

由于气缸的体积和质量都较大，因此其浇注后在砂型中的保温缓慢冷却时间很长。根据缸径大小不同，其在砂型中的冷却时间一般为72～168h。因为冷却速度极其缓慢，形成的铸造残留内应力很小，故可不再进行用来消除铸造内应力的人工时效处理。