王樹奎

（1.山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100；2.濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261001）

170系列柴油機(jī)是濰柴中速機(jī)的主打產(chǎn)品，其產(chǎn)品質(zhì)量直接關(guān)系到濰柴的企業(yè)形象和聲譽(yù)。而氣缸蓋作為柴油機(jī)的核心部件，其質(zhì)量如何直接關(guān)系到柴油機(jī)的整機(jī)性能和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。由于缸蓋內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄件毛坯綜合廢品率一直居高不下。分析廢品原因，提出改進(jìn)措施，提高鑄件質(zhì)量，降低綜合廢品率已成為當(dāng)務(wù)之急。下面是本人的一部分總結(jié)，望大家討論。

1 鑄件氣孔缺陷分析

170氣缸蓋從開始生產(chǎn)到現(xiàn)在，廢品率一直居高不下，主要影響因素為氣孔、漏水缺陷較多。170氣缸蓋重量為58 kg，其芯子重量在10kg以上，鑄件全部由芯子組成。上蓋芯與大皮芯為冷芯，其他芯子采用熱芯覆膜砂制芯。

氣孔形成的原因基本上是由于在金屬液凝固時(shí)鑄件上某一部位的局部氣體壓力超過了金屬液的壓力。對(duì)所有的氣孔缺陷來說，有兩種可行的解決方法：一是改變某些因素，以減少發(fā)氣量或氣體壓力，二是在發(fā)氣量不變的情況下，采取措施使氣體容易逸出，或提高壓力，在氣體構(gòu)成缺陷之前，使氣體從原有的出氣孔中排出去。

1.1 造型材料的發(fā)氣量

樹脂砂芯的發(fā)氣量大小直接影響到氣缸蓋鑄件氣孔率的高低，在保證砂芯強(qiáng)度≥1.5mPa前提下，盡量減少砂芯中樹脂，過氧化物的加入量。樹脂砂芯發(fā)氣量小于15ml，可明顯降低氣缸蓋鑄件氣孔率[1]。氣缸蓋型（芯）黏接材料也應(yīng)使用發(fā)氣量低的材料，特別是上、下水套芯的黏接，因其澆注后完全被鐵水包覆，排氣條件很差，更應(yīng)使用低發(fā)氣量的黏接材料。

1.2 砂芯排氣系統(tǒng)

氣缸蓋水套砂芯、氣道砂芯的排氣不通暢也是影響氣孔缺陷的一個(gè)重要因素。氣缸蓋水套芯、氣道芯芯頭與上、下蓋板的芯座間隙應(yīng)調(diào)節(jié)合適，間隙余量在0.5mm左右。上夾層芯主氣眼與上蓋芯間隙大，在3mm左右，因此用石棉墊片密封，以保證芯頭密封良好，杜絕鐵水進(jìn)入排氣通道，保證氣路暢通。在蓋板芯外側(cè)，外型上箱專門設(shè)置有排氣通道，以保證氣體順暢排出鑄型。另外，在上箱面排氣口處加抹封箱膏，以防鐵水倒灌堵塞排氣通道。

1.3 澆注溫度和澆注速度

提高澆注溫度可以減少氣孔產(chǎn)生，但由于缸蓋水套芯局部過于細(xì)小，溫度過高會(huì)造成內(nèi)腔粘砂堵塞水遭而成廢品。當(dāng)澆注溫度低于1390℃時(shí)，隨著溫度的不斷降低，氣孔缺陷明顯增加。澆注溫度在1395℃～1415℃之間時(shí)鑄件氣孔缺陷能得到有效控制，且能解決內(nèi)腔粘砂問題。控制適宜的澆注速度，氣缸蓋鑄件由于內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樹脂砂芯發(fā)氣量大、排氣條件差、澆速過快易產(chǎn)生嗆火造成鑄件報(bào)廢。氣缸蓋鑄件近似中注式澆注系統(tǒng)，澆注時(shí)間為l8 s～23 s時(shí)有利于降低鑄件氣孔缺陷。

1.4 出氣冒口的布置

氣缸蓋鑄件氣孔缺陷總是出現(xiàn)在鑄件最高或最后凝固的位置，這是由于這些部位鐵水壓力頭較低，氣體容易遷移到這些部位。所以，出氣冒口的設(shè)置就必須考慮澆注時(shí)型腔內(nèi)氣體遷移的方向問題出氣冒口的位置最終確定還必須經(jīng)鑄造生產(chǎn)實(shí)際的驗(yàn)證，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的具體情況來調(diào)整氣缸蓋鑄件的出氣冒口都設(shè)在鑄型頂面。這樣設(shè)置既利于單獨(dú)的凸臺(tái)及邊角處的出氣順暢，又能減少冒口數(shù)量，有效地減少皮下氣孔的產(chǎn)生。

2 縮孔缺陷分析

內(nèi)澆口開設(shè)位置對(duì)鑄件的溫度分布有重要影響。內(nèi)撓口設(shè)置要保證澆注充型的平穩(wěn)性和鑄型排氣順暢，現(xiàn)在采用的是中注式澆注系統(tǒng)如圖1b）。原來采用的是底注式，內(nèi)澆口為扁平放置，如圖1a），氣孔缺陷不穩(wěn)定，且易造成導(dǎo)管孔縮松。修改后，內(nèi)澆口改為豎直放置，氣孔缺陷明顯減少，且未出現(xiàn)大面積反復(fù)。個(gè)人認(rèn)為原先的底注式，不利于缸蓋的順序凝固和冒口補(bǔ)縮，造成在最大冒口根部凝固后，鑄件表面形成縮孔。

圖1 內(nèi)澆口位置圖

漏水缺陷一直是困擾170缸蓋質(zhì)量的一個(gè)重要原因，經(jīng)排查，主要分為兩類：縮松漏水與砂眼漏水?，F(xiàn)在主要影響的是砂眼漏水。

2.1 縮松漏水

縮松是指鑄件最后凝固的區(qū)域沒有得到液態(tài)金屬或合金的補(bǔ)縮形成分散和細(xì)小的縮孔?？s松隱藏于鑄件的內(nèi)部，外觀上不易被發(fā)現(xiàn)，在打壓過程中易造成漏水[2]。

解決措施：主要方法為安放冒口與增加冷鐵。由于縮松集中在導(dǎo)管處，不易增加冒口，因此采用了安放冷鐵的方法。在導(dǎo)管處設(shè)置冷鐵，使其實(shí)現(xiàn)自上而下的順序凝固。冷鐵用灰鐵材料，增加此處的冷卻速度，減少縮松傾向。通過此方法，此類漏水缺陷已解決[3]。圖2為芯子上增加冷鐵后的圖片。

圖2 芯子上增加冷鐵后

2.2 砂眼漏水

主要是造型、澆注過程中，型砂沖入型腔造成鑄件內(nèi)壁上砂眼，造成打壓過程中漏水。

2.3 其他因素的影響

1）型砂質(zhì)量影響

型砂質(zhì)量是影響鑄件砂眼的重要因素。型砂質(zhì)量的控制涉及到原材料質(zhì)量、型砂配比、型砂混制、型砂和舊砂性能的檢測(cè)，以及掌握生產(chǎn)中型砂性能的變化等許多方面。

型砂的緊實(shí)率能夠表示型砂的干濕程度。型砂太干，膨潤(rùn)土的黏結(jié)力不能充分發(fā)揮，會(huì)造成型砂的強(qiáng)度不足，也不利于射壓等造型方法對(duì)砂型的緊實(shí)，砂型容易破損，鑄件容易產(chǎn)生沖砂和砂孔等缺陷；型砂太濕，會(huì)造成型砂的流動(dòng)性差，砂型不容易緊實(shí)均勻，同時(shí)過多的水分會(huì)造成鑄件的氣孔、針孔、嗆火夾砂等缺陷。一般情況下現(xiàn)在控制的緊實(shí)率為 35%～40%[2]。

型砂的濕壓強(qiáng)度反映出砂型承受各種外力的能力。砂型在生產(chǎn)過程中要經(jīng)受起模、搬運(yùn)、下芯、合型等過程，為了避免出現(xiàn)破損和塌落，必須具備足夠的濕態(tài)強(qiáng)度。在澆注過程中，砂型還要承受金屬液的沖刷和沖擊，以及石墨析出時(shí)的膨脹力，這些原因可能導(dǎo)致砂孔、疏松、脹砂等缺陷。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等復(fù)雜鑄件，對(duì)于型砂的濕態(tài)強(qiáng)度要求較高。一般情況下，型砂在緊實(shí)率為35%～40%。濕壓強(qiáng)度至少達(dá)到0.16 MPa。需要注意的是，應(yīng)該以較低含量的膨潤(rùn)土來達(dá)到建議的濕壓強(qiáng)度水平。

2）設(shè)備影響

現(xiàn)在中件線的設(shè)備精度存在問題，合箱機(jī)合箱精度是造成砂眼的主要原因。芯子高度為300mm，但合箱定位用的砂箱銷子有效高度不到100mm，這就造成合箱過程中，定位銷不起作用，主要靠設(shè)備自己找正，因此設(shè)備定位精度是影響砂眼的主要因素。通過修改砂箱定位、設(shè)備定位等加以解決。主要是在合箱處的下砂箱處增加輔助定位，保證合箱時(shí)下砂箱位置不變，提高合箱精度。

3）芯子強(qiáng)度的影響

可能芯子強(qiáng)度等因素對(duì)砂眼也有影響。現(xiàn)在對(duì)冷芯制芯采用高強(qiáng)度樹脂，砂眼未出現(xiàn)明顯反復(fù)，但當(dāng)用普通冷芯盒樹脂制芯時(shí)，缸蓋表面出現(xiàn)碎砂塊。因此懷疑芯子強(qiáng)度與砂眼有關(guān)。

3 結(jié)論

通過對(duì)170缸蓋進(jìn)行的一系列工藝改進(jìn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了較為明顯的效果。針對(duì)缸蓋氣孔缺陷，保證排氣通暢，修改澆注系統(tǒng)，調(diào)整合適的澆注速度是有效方法。針對(duì)縮松漏水缺陷，可適當(dāng)考慮加冷鐵等激冷措施。而對(duì)砂眼等漏水缺陷，則相對(duì)要考慮的因素較多，不排除設(shè)備因素等原因。

［1］李智華，邱茂贊，何杰仁.氣缸蓋鑄件氣孔缺陷的探討［J］.鑄造工程，2001（2）：36-37.

［2］佚名.鑄造工藝學(xué)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［3］吳忠民.汽缸蓋漏水缺陷的分析和對(duì)策［J］.山西機(jī)械，1996（1）.