氣缸蓋鑄件的缺陷分析與控制

170系列發動機是北洋機的主要生產產品，其質量直接關系到北洋機的企業形象和聲譽。而氣缸蓋作為柴油機的核心部件,其質量如何直接關系到柴油機的整機性能和產品的市場競爭力。由于缸蓋內腔結構復雜,鑄件毛坯綜合廢品率一直居高不下。分析廢品原因,提出改進措施,提高鑄件質量,降低綜合廢品率已成為當務之急。下面是本人的一部分總結,望大家討論。1鑄造的芯體及流場170氣缸蓋從開始生產到現在,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鑄件上某一部位的局部氣體壓力超過了金屬液的壓力。對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,以減少發氣量或氣體壓力,二是在發氣量不變的情況下,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)黏接材料也應使用發氣量低的材料,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,更應使用低發氣量的黏接材料。1.2芯座間隙的調節氣缸蓋水套砂芯、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調節合適,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,杜絕鐵水進入排氣通道,保證氣路暢通。在蓋板芯外側,外型上箱專門設置有排氣通道,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溫度對氣孔缺陷的影響提高澆注溫度可以減少氣孔產生,但由于缸蓋水套芯局部過于細小,溫度過高會造成內腔粘砂堵塞水遭而成廢品。當澆注溫度低于1390℃時,隨著溫度的不斷降低,氣孔缺陷明顯增加。澆注溫度在1395℃~1415℃之間時鑄件氣孔缺陷能得到有效控制,且能解決內腔粘砂問題。控制適宜的澆注速度,氣缸蓋鑄件由于內腔結構復雜,樹脂砂芯發氣量大、排氣條件差、澆速過快易產生嗆火造成鑄件報廢。氣缸蓋鑄件近似中注式澆注系統,澆注時間為l8s~23s時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,出氣冒口的設置就必須考慮澆注時型腔內氣體遷移的方向問題出氣冒口的位置最終確定還必須經鑄造生產實際的驗證,根據生產實踐的具體情況來調整氣缸蓋鑄件的出氣冒口都設在鑄型頂面。這樣設置既利于單獨的凸臺及邊角處的出氣順暢,又能減少冒口數量,有效地減少皮下氣孔的產生。2鑄造缺陷引起的滲漏水通道內澆口開設位置對鑄件的溫度分布有重要影響。內撓口設置要保證澆注充型的平穩性和鑄型排氣順暢,現在采用的是中注式澆注系統如圖1b)。原來采用的是底注式,內澆口為扁平放置,如圖1a),氣孔缺陷不穩定,且易造成導管孔縮松。修改后,內澆口改為豎直放置,氣孔缺陷明顯減少,且未出現大面積反復。個人認為原先的底注式,不利于缸蓋的順序凝固和冒口補縮,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缸蓋質量的一個重要原因,經排查,主要分為兩類:縮松漏水與砂眼漏水。現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域沒有得到液態金屬或合金的補縮形成分散和細小的縮孔。縮松隱藏于鑄件的內部,外觀上不易被發現,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。由于縮松集中在導管處,不易增加冒口,因此采用了安放冷鐵的方法。在導管處設置冷鐵,使其實現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壁上砂眼,造成打壓過程中漏水。2.3型砂濕壓強度1)型砂質量影響型砂質量是影響鑄件砂眼的重要因素。型砂質量的控制涉及到原材料質量、型砂配比、型砂混制、型砂和舊砂性能的檢測,以及掌握生產中型砂性能的變化等許多方面。型砂的緊實率能夠表示型砂的干濕程度。型砂太干,膨潤土的黏結力不能充分發揮,會造成型砂的強度不足,也不利于射壓等造型方法對砂型的緊實,砂型容易破損,鑄件容易產生沖砂和砂孔等缺陷;型砂太濕,會造成型砂的流動性差,砂型不容易緊實均勻,同時過多的水分會造成鑄件的氣孔、針孔、嗆火夾砂等缺陷。一般情況下現在控制的緊實率為35%~40%。型砂的濕壓強度反映出砂型承受各種外力的能力。砂型在生產過程中要經受起模、搬運、下芯、合型等過程,為了避免出現破損和塌落,必須具備足夠的濕態強度。在澆注過程中,砂型還要承受金屬液的沖刷和沖擊,以及石墨析出時的膨脹力,這些原因可能導致砂孔、疏松、脹砂等缺陷。尤其是發動機缸體、缸蓋等復雜鑄件,對于型砂的濕態強度要求較高。一般情況下,型砂在緊實率為35%~40%。濕壓強度至少達到0.16MPa。需要注意的是,應該以較低含量的膨潤土來達到建議的濕壓強度水平。2)設備影響現在中件線的設備精度存在問題,合箱機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,主要靠設備自己找正,因此設備定位精度是影響砂眼的主要因素。通過修改砂箱定位、設備定位等加以解決。主要是在合箱處的下砂箱處增加輔助定位,保證合箱時下砂箱位置不變,提高合箱精度。3)芯子強度的影響可能芯子強度等因素對砂眼也有影響。現在對冷芯制芯采用高強度樹脂,砂眼未出現明顯反復,但當用普通冷芯盒樹脂制芯時,缸蓋表面出現碎砂塊。因此懷疑芯子強度與砂眼有關。3澆注系