齊 建（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊市 261001）

藍(lán)擎氣缸體鑄件裂紋缺陷解決措施探討

齊 建（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊市 261001）

分析了藍(lán)擎氣缸體裂紋原因，通過完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、合理布置溢流系統(tǒng)、嚴(yán)格控制制芯工藝、延長(zhǎng)鑄件保溫時(shí)間等綜合措施，有效地解決了氣缸體鑄件裂紋缺陷。

氣缸體鑄件；裂紋

藍(lán)擎柴油機(jī)是我公司自主研發(fā)的一款發(fā)動(dòng)機(jī)，其氣缸體具有壁薄、筋多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，對(duì)鑄造工藝開發(fā)是一個(gè)挑戰(zhàn)。地該氣缸體鑄件批量生產(chǎn)工藝開發(fā)期間，鑄件裂紋是主要的廢品缺陷之一，廢品率一度達(dá)到4%，占綜合廢品率的一半，具體廢品情況如圖1。為解決裂紋缺陷，我們從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和鑄造工藝兩個(gè)方面進(jìn)行了研究分析，經(jīng)過采取多項(xiàng)措施并反復(fù)驗(yàn)證，氣缸體裂紋缺陷基本得到解決，廢品率降至1%以下。

1 裂紋描述

藍(lán)擎氣缸體曲軸軸線與氣缸體下表面在同一平面上，屬于一般式氣缸體，鑄件尺寸 957×394×424（mm），主要壁厚為8mm，材質(zhì)為HT280（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。

裂紋缺陷發(fā)生在右側(cè)二三四五缸與曲軸箱把合的法蘭翻邊處、正對(duì)缸孔中心線位置，其中中間三四缸居多，裂紋情況如圖2所示。

該裂紋缺陷出現(xiàn)在鑄件打箱落砂后，大部分在加工工序發(fā)現(xiàn)；從結(jié)構(gòu)上看該部位應(yīng)力集中，在鑄件冷卻過程中承受拉應(yīng)力；裂紋走向呈連續(xù)的曲線。

2 原因分析

針對(duì)藍(lán)擎氣缸體鑄件的裂紋缺陷，利用鑄造CAE軟件進(jìn)行了模擬分析，通過溫度場(chǎng)可以發(fā)現(xiàn)，從澆注開始計(jì)時(shí)，75s后氣缸體底部各缸正對(duì)中心線位置的薄弱部位顏色呈藍(lán)色，溫度明顯低于兩側(cè)厚大部位，經(jīng)過測(cè)量，此處溫度低于兩側(cè)的厚大部位約100℃?？梢耘袛鄽飧左w鑄件在整個(gè)冷卻過程中該處存在殘余熱拉應(yīng)力，其中三四缸位置承受的拉應(yīng)力最大，在冷卻過程中最容易產(chǎn)生裂紋，該結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況相同。模擬分析結(jié)果見圖3。

下面從鑄件結(jié)構(gòu)和鑄造工藝方面分析裂紋形成原因。

2.1 藍(lán)擎氣缸體鑄件屬于箱體剛性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不容易發(fā)生鑄態(tài)變形來松弛鑄造應(yīng)力，故易產(chǎn)生裂紋。由圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)，氣缸體裂紋部位壁厚較薄，兩側(cè)存在厚大結(jié)構(gòu)，壁厚不均勻，造成應(yīng)力集中。

2.2 裂紋位置位于氣缸體鑄件澆注位置的上箱，并且是最高點(diǎn)，離直澆道較遠(yuǎn)，是冷鐵液集中的地方。特別是溢流冒口設(shè)計(jì)在鑄件厚大結(jié)構(gòu)處，增大了冷卻過程中的殘余熱拉應(yīng)力。氣缸體工藝如圖4所示。

2.3 藍(lán)擎氣缸體是“薄壁大芯”的箱體灰鑄鐵件，使用組合下芯工藝生產(chǎn)。在鑄件凝固和冷卻過程中，整個(gè)芯組阻礙鑄件的收縮而產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)殘留的應(yīng)力超過合金材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，鑄件就產(chǎn)生裂紋缺陷。另外砂芯也影響了裂紋的產(chǎn)生。裂紋的部位是主體芯制芯工藝的分盒線，該處砂芯存在制芯披縫，此處披縫若清除不好將誘發(fā)裂紋。砂芯如圖5所示。

2.4 鑄件冷卻時(shí)間不足。藍(lán)擎氣缸體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，加上產(chǎn)量需求較大，原工藝中4小時(shí)左右的打箱時(shí)間不能滿足鑄件生產(chǎn)工藝要求，氣缸體中的殘余應(yīng)力得不到充分的釋放。

3 采取的措施

對(duì)于裂紋缺陷，鑄件設(shè)計(jì)要避免壁厚過渡急劇；在鑄造工藝方面，防止鑄件裂紋的主要措施是預(yù)防或消除鑄件的鑄造應(yīng)力。根據(jù)上述原則，在藍(lán)擎氣缸體裂紋的解決過程中主要采取了以下幾方面的措施。

3.1 完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。減小裂紋傾向性，鑄件壁厚要均勻，厚、薄過渡之處應(yīng)緩和。一是在接合面翻邊薄弱部位增加壁厚，以緩和此處與兩側(cè)壁厚的急劇變化；二是在不影響氣缸體加工裝試的前提下增加“拉筋”，即局部加厚，如圖6（a）軸側(cè)圖所示。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)局部加厚既可以增加裂紋處的強(qiáng)度，又可以增加裂紋處的鐵液量，以減小溫度梯度。

3.2 優(yōu)化溢流系統(tǒng)。把圖4中設(shè)置在厚大部位的溢流冒口移至易裂紋部位，如圖6（b）俯視圖所示，讓集中在易裂紋處的冷鐵液通過冒口溢出，盡量實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固，不僅減小了鑄件凝固時(shí)期金屬中溫度差而有利于防止熱裂，而且亦減小了鑄件冷卻時(shí)厚實(shí)和細(xì)薄處之間的溫度梯度，以減小熱拉應(yīng)力而有助于防止裂紋。

3.3 完善制芯工藝。一是適當(dāng)?shù)慕档蜆渲尤肓浚龃笊靶镜臐⑸⑿院屯俗屝?；二是完善工藝裝備，避免制芯錯(cuò)模，盡量實(shí)現(xiàn)砂芯無披縫；三是嚴(yán)格把關(guān)砂芯質(zhì)量，修芯時(shí)要求砂芯披縫清理徹底，以杜絕裂紋誘因。

3.4 正確制定鑄件的打箱工藝。讓鑄件在砂箱中停留足夠的時(shí)間來釋放應(yīng)力，然后打箱將鑄件從砂型中清理出來。原生產(chǎn)流程中鑄件澆注后采用三條冷卻通道冷卻，打箱時(shí)間為4小時(shí)左右，調(diào)整后采用四條冷卻通道冷卻，保證打箱時(shí)間在5小時(shí)以上。這段時(shí)間實(shí)際就是鑄件在砂型中的保溫時(shí)間，砂型是一種良好的“緩冷容器”，能使鑄件厚實(shí)和細(xì)薄處的溫度均勻化，減小它們之間的溫度差，降低熱應(yīng)力。

另外，通過適當(dāng)調(diào)整鐵淮成分，控制S、P含量；提高清鏟質(zhì)量，清理溢流冒口時(shí)嚴(yán)禁敲擊鑄件；嚴(yán)格執(zhí)行時(shí)效處理工藝等措施減小鑄件殘余應(yīng)力，以防止鑄件裂紋。

4 結(jié)論

（1）從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，讓厚薄結(jié)構(gòu)過渡緩和，杜絕產(chǎn)生應(yīng)力的因素，從根本上解決鑄造裂紋的產(chǎn)生。

（2）根據(jù)產(chǎn)生裂紋的原因，通過完善鑄造工藝，可以有效解決裂紋的產(chǎn)生。本文針對(duì)性地布置冒口系統(tǒng)，均衡了鑄件中的溫度場(chǎng)；通過控制生產(chǎn)過程，提高砂芯質(zhì)量以杜絕裂紋誘因；適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)打箱時(shí)間可以有效緩解鑄件的殘余應(yīng)力。

[1]王文清，李魁盛.鑄造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，10.

[2]陳國楨，肖柯則，姜不居，等.鑄件缺陷和對(duì)策手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

About Measures Solution to Crack on Cylinder Block Castings of Certain Model

QI Jian
（Weifang Diesel Power Co.Ltd.，Weifang 261001，Shandong China）

The causes for crack on certain model cylinder block castings have been analyzed.With integrated measures such as complete product structure，reasonable layout of overflow system,strict control of coremaking technology and longer castings holding time，the defect of crack on cylinder block castings has been removed effectively.

TG250.6;

B；

1006－9658（2011）04－3

2011－04－12

2011－048

齊建（1980-），男，工學(xué)碩士，主要從事柴油機(jī)缸體缸蓋鑄造工藝開發(fā)