姬愛青，秦鵬，馬素娟（.濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊608；.濰柴動力股份有限公司，山東濰坊60）

6M33機(jī)體氣孔原因分析及解決

姬愛青1，秦鵬2，馬素娟1
（1.濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊261108；2.濰柴動力股份有限公司，山東濰坊261101）

針對6M33柴油機(jī)機(jī)體氣孔缺陷，分析了氣孔產(chǎn)生的原因。通過調(diào)整澆注工藝、減少砂型發(fā)氣量等措施，使缺陷得到解決。

氣孔；澆注工藝；發(fā)氣量

博杜安6M33柴油機(jī)機(jī)體毛坯自樣試以來，氣孔缺陷一直是主要鑄造缺陷，氣孔發(fā)生率高達(dá)80%，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量。為提高鑄件質(zhì)量，需要優(yōu)化鑄造工藝，降低鑄件氣孔缺陷發(fā)生率。

1 6M33機(jī)體簡介及技術(shù)要求

1）機(jī)體結(jié)構(gòu)：直列6缸、缸距200mm，主要壁厚8mm，采用雙層水道；

2）機(jī)體基本尺寸：1285mm×460mm×658mm；

3）鑄件重量：約650 kg；

4）材料：HT280，鑄件本體最小抗拉強(qiáng)度220M P a；

5）技術(shù)要求：機(jī)體毛坯非加工面表面粗糙度上限值Ra50μm，不允許存在影響鑄件使用性能的裂紋、冷隔、夾砂、氣孔、渣眼、砂眼等缺陷；內(nèi)腔不允許有裂紋、粘砂、脈紋等鑄造缺陷。

鑄件三維示意圖如圖1所示。

2 機(jī)體原鑄造工藝及氣孔缺陷

2.1 機(jī)體原鑄造工藝

該機(jī)體鑄造工藝采取堿性樹脂自硬砂造型，主要砂芯采用三乙胺冷芯盒制芯、整體組芯，臥澆底注半封閉式澆注系統(tǒng)，澆注溫度1 360℃～1 400℃，一箱一件。

圖1 鑄件三維示意圖

2.2 氣孔缺陷出現(xiàn)位置

鑄件氣孔主要出現(xiàn)在鑄件最高圓弧處和筋的頂部，經(jīng)拋丸后出現(xiàn)，為鑄件澆注位置上平面，形狀不甚圓整、內(nèi)壁光滑，氣孔大小、深淺不一，在鑄件加工過程中未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部氣孔。從氣孔特征來看，是典型的侵入性氣孔。氣孔缺陷如圖2所示。

3 原因分析

3.1 造型工藝

受鑄造生產(chǎn)條件限制，該機(jī)體造型工藝采用堿性酚醛樹脂自硬砂造型，樹脂砂工藝特點(diǎn)是發(fā)氣量較黏土砂大，600℃以上樹脂黏結(jié)膜發(fā)生劇烈的體積收縮，致密度提高，因而砂型的透氣性大幅度降低。

圖2 氣孔缺陷

3.2 生產(chǎn)流程

堿性酚醛樹脂自硬砂是一種典型的“漸硬型”自硬砂，反應(yīng)過程需要幾十分鐘到十幾個小時才能完成。為保證聚合反應(yīng)完成和揮發(fā)掉多余的溶劑，砂型在使用前最好經(jīng)過一段時間的儲放，以減少澆注時的發(fā)氣量。該機(jī)體原生產(chǎn)流程為造型-研箱-澆注連續(xù)生產(chǎn)，不利于砂型氣體的揮發(fā)。

3.3 澆冒系統(tǒng)

該機(jī)體表面質(zhì)量要求嚴(yán)格，圓弧面處不允許設(shè)置出氣冒口，鑄件型腔內(nèi)氣體主要排氣冒口為上平面各凸臺處出氣溢流冒口，如圖3所示。鑄件澆注過程中，隨著金屬液對砂型的劇烈熱作用，形成大量氣體。而隨著鑄型溫度的提高，在澆注末期，因受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制無法設(shè)置出氣針的圓弧面和加強(qiáng)筋處的氣體來不及排出，侵入金屬液中，形成氣孔。

圖3 鑄件澆冒系統(tǒng)

4 改進(jìn)措施

針對氣孔產(chǎn)生的原因，從澆注工藝和砂型發(fā)氣量方面改進(jìn)鑄件生產(chǎn)工藝。改進(jìn)澆注工藝，采用傾斜澆注，利用機(jī)體油底殼結(jié)合面處出氣溢流冒口帶出充型末期上浮的氣泡、雜質(zhì)，實現(xiàn)充型末期鑄件上平面氣體的有效排出；調(diào)整生產(chǎn)流程、嚴(yán)格控制樹脂加入量，減少澆注時砂型的發(fā)氣量。

4.1 改進(jìn)鑄件澆注工藝

4.1.1 模擬計算工藝參數(shù)

根據(jù)鑄件尺寸及類似機(jī)體生產(chǎn)經(jīng)驗，初步確定傾斜澆注角度11.5°，為驗證傾斜澆注之后對于排氣（氣孔）的影響，通過鑄造C A E進(jìn)行驗證計算。采用M a gm a v5.0鑄造仿真模擬軟件進(jìn)行計算，主要計算充型過程的流場與溫度場。模擬計算工藝參數(shù)如表1.

表1 鑄造模擬工藝參數(shù)

4.1.2 模擬計算結(jié)果

通過對充型順序（充型溫度場和速度場）、金屬液壓力、氣體壓力和卷氣判斷模擬計算，結(jié)果顯示鑄件傾斜11.5°澆注時，金屬液充型平穩(wěn)、壓力分布均衡、實現(xiàn)了充型末期上平面氣體的有效排出；充型結(jié)束后，鑄件上表面不存在較為明顯的卷氣位置，見圖4.

圖4 充型結(jié)束后金屬液分布示意圖

4.1.3 砂箱專用墊架

設(shè)計制作砂箱專用墊架，保證實際生產(chǎn)砂箱傾斜澆注角度一致，從而確保鐵水充型方式和凝固方式統(tǒng)一。

4.2 減少砂型的發(fā)氣量

4.2.1 降低造型時樹脂加入量

據(jù)相關(guān)資料介紹，過高的樹脂加入量，會增大澆注時型砂發(fā)氣量，增加氣孔缺陷23%～26%，增加生產(chǎn)成本，一般型砂抗拉強(qiáng)度在0.6M P a～1.0M P a之間即可滿足要求。表2為樹脂加入量調(diào)整前后型砂性能測試記錄?？梢钥闯觯煨蜁r樹脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制范圍由1.7%～2.0%降為1.3%～1.6%，砂型抗拉強(qiáng)度仍可滿足使用要求，但發(fā)氣量明顯降低。

表2 型砂性能化驗記錄

4.2.2 調(diào)整鑄件生產(chǎn)流程

調(diào)整生產(chǎn)流程為第一天造型、第二天研箱、澆注，保證造型和澆注之間有足夠的時間間隔，以利于砂型揮發(fā)掉多余的溶劑，減少澆注時砂型的發(fā)氣量。

5 驗證效果

工藝改進(jìn)后，鑄件澆注過程中排氣順暢，后續(xù)生產(chǎn)的毛坯氣孔缺陷已經(jīng)得到徹底解決，如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后鑄件圖片

6 結(jié)論

1）由于樹脂砂發(fā)氣量較黏土砂大，對于采用樹脂砂工藝生產(chǎn)的鑄件，在滿足工藝要求的前提下，盡量降低樹脂加入量，以減低砂型發(fā)氣量，降低鑄件氣孔缺陷發(fā)生率；

2）傾斜澆注有利于金屬液將氣體沿一定的方向排出型腔；

3）合理的生產(chǎn)流程，充分規(guī)避堿性酚醛樹脂自硬砂的工藝缺點(diǎn)，有助于鑄件質(zhì)量的提升。

［1］聶小武.實用鑄件缺陷分析及對策實例［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2015.

［2］于而元.鑄鐵件生產(chǎn)指南［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

Cause Analysis and Solution of Gas-hole Defect in 6M 33 Engine Body

JIAi-qing1，QIN Peng2，MA Su-juan1
（1.Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261108，China；2.Weichai Power CO.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China）

Through analyzing the cause of defect，the gas-hole defect for the 6M33 diesel engine body was solved by adjusting the casting process and reducing the gas evolution of sandmould and so on.

gas-hole，casting process，gas evolution

TG245

A

1674-6694（2017）03-0035-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.012

2016-12-06

姬愛青（1985-），女，工程師，主要從事鑄鐵件鑄造工藝開發(fā)研究。