戚鵬超，張聚輝，張 明，李永剛，范 偉，胡宗乾

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261101）

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體承載著發(fā)動(dòng)機(jī)所有的零部件，是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的組件之一。筆者公司生產(chǎn)多種發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體毛坯，但其中一種氣缸體生產(chǎn)過程中一直存在氣孔缺陷且占生產(chǎn)數(shù)量的70%以上，嚴(yán)重影響了氣缸體的可靠性和外觀質(zhì)量。隨著市場上鑄件質(zhì)量要求的不斷提高，需要分析改進(jìn)鑄造工藝，降低鑄件氣孔缺陷率。

1 氣缸體結(jié)構(gòu)及工藝簡介

（1）氣缸體為直列6 缸結(jié)構(gòu)，外形尺寸為1285 mm×460mm×625mm。

（2）主要砂芯包括六顆大缸芯、兩顆前后端大皮芯、兩顆水道芯以及六顆挺桿芯。

（3）采用堿性酚醛樹脂自硬砂造型，砂芯均采用三乙胺冷芯盒制芯。使用組芯胎具整體組芯整體下芯工藝。

（4）材質(zhì)：HT280，澆注溫度1380～1400℃，重量約為650kg。采用臥澆工藝，傾斜澆注，傾斜角度12°，澆注示意圖如圖1。

2 氣孔缺陷特征及原因分析

圖1 澆注示意圖

2.1 氣孔缺陷位置及特征

通過統(tǒng)計(jì)氣孔缺陷位置及數(shù)量，發(fā)現(xiàn)氣孔缺陷主要集中于上平面澆注上端的加強(qiáng)筋處，一般在拋丸之后顯現(xiàn)，表面呈光滑特性，不同于普通的孔洞類缺陷，該氣孔沿加強(qiáng)筋方向排布較大較深，氣孔缺陷如圖2。

圖2 氣孔缺陷位置及特征

2.2 缺陷分析

（1）分析澆注系統(tǒng)：該澆注系統(tǒng)采用半封閉式、底注加中注的形式，內(nèi)澆道在氣缸體缸孔端、軸承擋端兩側(cè)分布。澆道截面比為直澆道：橫澆道1：橫澆道2（阻流）：橫澆道3：內(nèi)澆道=1.4：1.4：1：1.5：1.21，阻流面積：3011mm2。計(jì)算澆注過程中排氣面積為9016mm2，約為阻流面積的3 倍，排氣面積足夠。

（2）借助MAGMA 模擬軟件，對(duì)澆注過程進(jìn)行分析，鑄造模擬工藝參數(shù)與現(xiàn)場一致。根據(jù)溫度場變化結(jié)果（如圖3），充型結(jié)束后上平面加強(qiáng)筋區(qū)域低于1210℃（液相線1210℃），不利于氣體的排出，與現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)果一致性較高，該處易產(chǎn)生氣孔缺陷。

圖3 充型結(jié)束后溫度場示意圖

根據(jù)示蹤粒子分析結(jié)果（如圖4），澆注前期鐵水從氣缸體兩側(cè)同時(shí)進(jìn)入，由于鐵水對(duì)流，造成鐵水紊流更嚴(yán)重，易裹氣、吸氣，導(dǎo)致產(chǎn)生的氣體無法順利排出。

圖4 示蹤粒子分析

（3）通過氣孔特征及模擬分析判斷該缺陷為非典型的析出性氣孔特征，應(yīng)該為氣體無法順利排出鑄型侵入金屬液產(chǎn)生的侵入性氣孔。

2.3 氣孔缺陷成因分析

從生產(chǎn)流程分析氣體產(chǎn)生的原因是：（a）鑄型和砂芯在與鐵水接觸的過程中其中的樹脂以及附加物成分燃燒分解產(chǎn)生大量氣體；（b）澆注過程不平穩(wěn)或者澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致澆注過程中裹入氣體；（c）澆注前期的涼鐵水進(jìn)入型腔后，受型腔的激冷作用，溫度較低且其中含有較多的氣體未排出型腔。

前期已經(jīng)對(duì)樹脂加入量及烘干方法進(jìn)行過調(diào)整，現(xiàn)根據(jù)分析選擇第二種和第三種氣體產(chǎn)生的原因進(jìn)行改進(jìn)。

3 解決對(duì)策分析及驗(yàn)證

3.1 調(diào)整出氣棒

該氣缸體現(xiàn)實(shí)行工藝為傾斜12°澆注。澆注過程中溢流鐵水量適中。但通過跟蹤澆注過程，發(fā)現(xiàn)澆注高處溢流冒口內(nèi)鐵水無法溢流出來。鐵水的溢流可以將澆注前期的涼鐵水及鐵水中的夾雜物隨溢流鐵水排出鑄型。鐵水無法上頂可能導(dǎo)致包裹在鐵水中的氣體無法順利排出型腔導(dǎo)致氣孔的發(fā)生。

針對(duì)此問題，技術(shù)人員討論決定采取調(diào)整出氣針的方法（如圖5），將澆注傾斜低處的8 個(gè)溢流明冒口改為暗冒口且在易發(fā)生嗆孔的位置增加溢流棒。暗冒口不連通空氣，隱藏在砂型之中，但仍存在促進(jìn)涼鐵水，氣體上浮的作用。改為暗冒口主要為了傾斜澆注高處冒口的溢流。溢流棒一方面可將氣體引導(dǎo)排出鑄型，另一方面可以將前期的低溫鐵水排出。該措施實(shí)施后，高處溢流情況好轉(zhuǎn)，但頂排溢流冒口仍無法完全溢流出。

圖5 調(diào)整出氣針

通過跟蹤本批次生產(chǎn)氣缸體缺陷情況，并未發(fā)現(xiàn)氣孔缺陷明顯好轉(zhuǎn)。

3.2 增加氣眼芯

通過分析頂層冒口無法溢流原因：鐵水充型基本完成時(shí)，鐵水從下排溢流冒口優(yōu)先溢出，導(dǎo)致上方溢流冒口無法頂出。鑒于大型鑄件我們采取制作假箱的方式來消除溢流高度差。該氣缸體生產(chǎn)需求較大，制作假箱不適用于此。為了達(dá)到與假箱同作用采取粘氣眼芯且底層粘雙層氣眼芯的方式，保證鐵水溢流無高度差，同步溢流（如圖6）。

圖6 粘氣眼芯保證溢流高度一致

跟蹤本批次生產(chǎn)氣缸體缺陷情況，發(fā)現(xiàn)氣孔缺陷有所好轉(zhuǎn)，但與目標(biāo)仍然存在差距。

3.3 氣缸體結(jié)構(gòu)更改

分析氣孔缺陷大多數(shù)位于加強(qiáng)筋中間位置的特性，技術(shù)人員進(jìn)行討論決定，以增加加強(qiáng)筋的方式來促進(jìn)氣體的排出。在圖示圓圈五個(gè)位置增加五根豎加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋連接后面的溢流冒口，原來橫加強(qiáng)筋中間位置氣體會(huì)以豎加強(qiáng)筋為通道，最終從溢流冒口排出（如圖7）。

驗(yàn)證結(jié)果：通過上述措施的改進(jìn)，跟蹤發(fā)現(xiàn)氣孔缺陷率由原來的70%以上降低至10%左右，取得了良好的效果。

小結(jié)：對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體來說，氣孔缺陷仍為造成廢品的主要原因。所以需要對(duì)氣孔缺陷引起重視，針對(duì)氣孔缺陷發(fā)生的原因不一，針對(duì)性的改進(jìn)措施也不相同，需充分收集數(shù)據(jù)分析透徹之后再進(jìn)行改進(jìn)。

圖7 修改局部結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

在我廠的日常生產(chǎn)過程中，臥澆類鑄件上平面嗆孔問題普遍存在，當(dāng)然對(duì)不同的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的澆注系統(tǒng)，針對(duì)改進(jìn)的著手點(diǎn)也不相同。

（1）上平面加強(qiáng)筋、搭子較多時(shí)，不利于氣體的排出，加強(qiáng)筋會(huì)阻礙氣體的排出，產(chǎn)生氣孔缺陷。

（2）傾斜澆注時(shí)上端溢流冒口的溢流量較少，不利于氣體的排出，可采用減小溢流高度差來解決。