糜海飛

重慶渝江壓鑄有限公司 重慶 401121

某型號(hào)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體灰鑄鐵件，鑄件最大輪廓尺寸為371mm×329mm×256mm，重量35kg，基本壁厚3.5mm，外形形狀相對(duì)較為簡(jiǎn)單。該鑄件在HWS造型線上生產(chǎn)，潮模砂工藝，砂芯預(yù)組整體清吹后由自動(dòng)下芯機(jī)直接下入砂型內(nèi)進(jìn)行澆注。鑄件要求機(jī)加后不能有氣孔、砂眼缺陷，并需經(jīng)水套、油道滲漏試壓檢查，對(duì)鑄件質(zhì)量要求很高。

1 存在的問(wèn)題

在批量生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)油水道加工泄漏，泄漏率高達(dá)到7%，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。得到加工反饋信息后，通過(guò)對(duì)鑄件加工廢品的分析，發(fā)現(xiàn)鑄件主油道及堵孔等多個(gè)位置有明顯的“多肉”現(xiàn)象，如圖1所示，并有大部分“多肉”缺陷存在分層現(xiàn)象，且對(duì)該“多肉”缺陷進(jìn)行打磨后，內(nèi)部有小團(tuán)狀或塊狀砂粒存在。

圖1 產(chǎn)品缺陷特征

鑄件試壓后有明顯液體滲出，試壓泄漏外觀缺陷如圖2所示，經(jīng)解剖在內(nèi)腔進(jìn)行著色無(wú)損檢測(cè)，如圖3所示。在外表面噴涂顯影劑，可明顯觀察到有著色劑從鑄件內(nèi)腔滲透至鑄件表面，如圖4所示，表明該缺陷為貫穿性缺陷。結(jié)合以上特征判定該缺陷為夾砂結(jié)疤缺陷。

圖2 試壓泄漏點(diǎn)

圖3 解剖后著色無(wú)損檢測(cè)

圖4 顯影

2 缺陷的形成原因

結(jié)疤的成因盡管有不同的見(jiàn)解，但大多數(shù)認(rèn)為型砂的體積膨脹及水分遷移是結(jié)疤缺陷的基本成因[1]。澆注金屬液后，隨著金屬液流的加熱作用，導(dǎo)致鑄型表層水分向內(nèi)遷移。水分的遷移，導(dǎo)致鑄型表面形成了干燥層，強(qiáng)度提高，往里逐漸形成高濕層，形成薄弱層，當(dāng)薄弱層強(qiáng)度及韌性不足時(shí)便可能使型砂表層開(kāi)裂，使砂層翹起，形成結(jié)疤缺陷。隨著金屬液的不斷沖刷，翹起砂層可能斷裂而破碎，砂層留在原處或被帶入其他部位。

通過(guò)對(duì)缺陷的觀察，可以發(fā)現(xiàn)該缺陷符合結(jié)疤缺陷特征，即澆注過(guò)程中表層砂層翹起或出現(xiàn)部分?jǐn)嗔衙撀?，而在該位置形成結(jié)疤缺陷，加工后出現(xiàn)油、水道泄漏。另外，部分脫落型砂被沖刷至鑄件頂面等位置，可能形成砂眼缺陷，導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。

3 缺陷的解決

通過(guò)對(duì)該缺陷的認(rèn)識(shí)，首先從型砂性能入手，主要關(guān)注型砂的性能[2]。對(duì)近段時(shí)間的型砂數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：水分含量達(dá)到3.7%，含泥量高達(dá)11.5%以上，而CB值（緊實(shí)率）僅為31%～32%，水分比僅為8.5～9.0，處于很低的范圍。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)變化主要原因?yàn)楹嗔康纳仙瑢?dǎo)致型砂水分上升，而CB值卻處于較低范圍內(nèi)，使型砂韌性變差，導(dǎo)致澆注時(shí)形成夾砂、結(jié)疤缺陷。

3.1 含泥量的調(diào)整

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近兩月以來(lái)，型砂除塵量每天僅有300～500kg，正常情況下除塵量應(yīng)該在2t左右，除塵量減少，導(dǎo)致型砂含泥量持續(xù)處于高位，從而惡化型砂質(zhì)量。通過(guò)更換除塵布袋，并連續(xù)加入新砂的方式快速降低型砂的含泥量，通過(guò)兩個(gè)班次的循環(huán)及調(diào)整，型砂數(shù)據(jù)基本恢復(fù)正常，含泥量降至10.5%左右，水分降至3.2%～3.5%，保證水分比值處于10～11。

調(diào)整后，進(jìn)行試澆注224件產(chǎn)品，有32件產(chǎn)生結(jié)疤缺陷，且結(jié)疤缺陷面積變小，經(jīng)加工驗(yàn)證，泄漏5件，泄漏率為2.23%，調(diào)整前后的對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 型砂調(diào)整前后對(duì)比驗(yàn)證

通過(guò)驗(yàn)證表明，通過(guò)調(diào)整型砂保證型砂數(shù)據(jù)處于合理狀態(tài)，能夠明顯改善鑄件結(jié)疤缺陷的產(chǎn)生，并極大地降低產(chǎn)品泄漏率。

3.2 澆注溫度的調(diào)整

通過(guò)調(diào)整型砂性能后，雖基本遏制了加工泄漏問(wèn)題，但是澆注后仍有大量工件出現(xiàn)有結(jié)疤缺陷，且當(dāng)型砂出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，仍會(huì)出現(xiàn)夾砂、結(jié)疤缺陷，導(dǎo)致加工廢品風(fēng)險(xiǎn)。

從結(jié)疤缺陷產(chǎn)生機(jī)理看，鐵液溫度的高低是水分遷移速度的決定性影響因素。通過(guò)降低澆注溫度，降低型砂水分的過(guò)快遷移所引起的表層型砂與內(nèi)層型砂強(qiáng)度變化，從而減輕或消除夾砂、結(jié)疤缺陷。

通過(guò)調(diào)整澆注溫度并進(jìn)行小批量澆注試驗(yàn)，按1430℃、1425℃、1420℃、1415℃依次遞減澆注溫度進(jìn)行澆注試驗(yàn)，每組澆注產(chǎn)品36件。試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 降低澆注溫度試驗(yàn)對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，依照遞減溫度的方式進(jìn)行缺陷對(duì)比，隨著澆注溫度的降低，結(jié)疤缺陷面積明顯變小，直到?jīng)]有缺陷。通過(guò)試切發(fā)現(xiàn)，隨著澆注溫度降低至一定范圍，氣孔類(lèi)缺陷有急劇上升的趨勢(shì)。降低澆注溫度雖可以改善甚至消除結(jié)疤缺陷，但是氣孔、砂孔類(lèi)缺陷卻有明顯升高，不能改善加工良品率。

3.3 涂料

在型砂表面均勻的噴涂一層耐火涂料，該耐火涂料經(jīng)鐵液燒結(jié)后，在型砂表面形成一層堅(jiān)固的類(lèi)似于陶瓷形狀的薄膜并牢固地附著于型砂表面，且該陶瓷薄膜能夠起到隔熱作用，防止水分急劇遷移而引起結(jié)疤缺陷。

通過(guò)查閱相關(guān)資料，我們選擇了耐火度較高且價(jià)格相對(duì)低廉的硅鋁酸鹽涂料，波美度按照25～進(jìn)行配比，為防止溶劑揮發(fā)不良造成對(duì)型砂性能的惡性影響，我們選擇了硅鋁酸鹽的醇基涂料，并使用95%以上的工業(yè)酒精進(jìn)行配比，均勻地噴涂于產(chǎn)生缺陷的型砂表面。

經(jīng)試驗(yàn)澆注發(fā)現(xiàn)，噴涂該涂料后，即使型砂性能在較為惡化的情況下，該部位均不會(huì)形成夾砂、結(jié)疤缺陷，在型砂性能出現(xiàn)波動(dòng)的狀況下，仍能保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的適用工藝范圍。對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 涂料對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)以上數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)比試驗(yàn)組1與試驗(yàn)組2可以發(fā)現(xiàn)，型砂性能恢復(fù)正常狀態(tài)下，可明顯降低結(jié)疤不良率。

通過(guò)試驗(yàn)組3、試驗(yàn)組4、試驗(yàn)組5可以發(fā)現(xiàn)，不論型砂性能是否處于正常狀態(tài)，在產(chǎn)生結(jié)疤缺陷位置噴涂耐火涂料均能夠完全遏制結(jié)疤缺陷的產(chǎn)生，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）在形狀較為簡(jiǎn)單，特別是存在局部大平面部位的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體及其他灰鐵鑄件，在型砂性能惡化或變差的情況下，局部大平面位置極易形成結(jié)疤、夾砂缺陷。

2）若產(chǎn)品出現(xiàn)有結(jié)疤缺陷時(shí)，應(yīng)立即對(duì)型砂性能進(jìn)行分析，調(diào)整型砂性能參數(shù)，特別關(guān)注型砂含泥量及水分比值的調(diào)整。

3）對(duì)于產(chǎn)品出現(xiàn)的結(jié)疤缺陷，在產(chǎn)品質(zhì)量不受影響的前提下，降低澆注溫度，能夠明顯降低甚至遏制夾砂、結(jié)疤缺陷的廢品比例。

4）在產(chǎn)品夾砂、結(jié)疤部位噴涂硅鋁酸鹽耐火醇基涂料，即使在型砂性能出現(xiàn)波動(dòng)的情況下，仍能夠完全消除結(jié)疤缺陷，從而提高產(chǎn)品合格率。