氣缸蓋鑄件的缺陷分析與控制

170系列發(fā)動(dòng)機(jī)是北洋機(jī)的主要生產(chǎn)產(chǎn)品，其質(zhì)量直接關(guān)系到北洋機(jī)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鑄造的芯體及流場(chǎng)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58kg,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樹脂砂芯砂芯不含樹脂樹脂砂芯的發(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。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芯座間隙的調(diào)節(jié)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溫度對(duì)氣孔缺陷的影響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l8s~23s時(shí)有利于降低鑄件氣孔缺陷。1.4易遷移部位的遷移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鑄造缺陷引起的滲漏水通道內(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。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。現(xiàn)在主要影響的是砂眼漏水。2.1排水暗管排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。縮松隱藏于鑄件的內(nèi)部,外觀上不易被發(fā)現(xiàn),在打壓過程中易造成漏水。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。圖2為芯子上增加冷鐵后的圖片。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型砂濕壓強(qiáng)度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%。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0.16MPa。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澆注系