劉立強(qiáng)，趙永生，劉 婧，王振果

（濰柴（濰坊）材料成型制造中心有限公司，山東濰坊 261061）

0 引言

筆者所在工廠生產(chǎn)的某型柴油機(jī)缸蓋，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、布局緊湊、鑄造工藝較差，生產(chǎn)中存在較多的孔洞類缺陷。本文針對(duì)某型柴油機(jī)缸蓋的縮松缺陷進(jìn)行了分析，并提出了解決方案。

1 產(chǎn)品鑄造工藝及質(zhì)量情況

某型柴油機(jī)缸蓋結(jié)構(gòu)為四缸連體缸蓋（如圖1），材質(zhì)為HT250，毛坯重量為28kg，單體砂芯重量45kg。砂芯包含底盤(pán)芯、上蓋芯、水夾層芯、進(jìn)氣道芯、排氣道芯六種砂芯，前兩種砂芯為冷芯盒制芯，后四種砂芯為熱芯盒覆膜砂制芯。造型為潮模砂工藝，一箱四件，立澆底注工藝。

圖1 鑄件部分外觀

當(dāng)前缸蓋主要缺陷為鑄件上表面內(nèi)澆口位置孔洞缺陷（如圖2），占比70%，解剖后鑄件內(nèi)部缺陷深度3～10mm 不等，且向內(nèi)部延伸，造成鑄件產(chǎn)品性能較大隱患。

圖2 鑄件缺陷位置及形狀

2 缺陷原因分析

缺陷位置取樣后通過(guò)掃描電鏡化驗(yàn)分析，缺陷處經(jīng)超聲波清洗后進(jìn)行電鏡觀察和分析（如圖3），判定缺陷處為縮松缺陷。縮松縮孔形成的基本原因，主要是由于合金的結(jié)晶溫度范圍較寬，樹(shù)枝晶發(fā)達(dá)，液態(tài)和凝固收縮所形成的細(xì)小、分散孔洞得不到外部液態(tài)金屬的補(bǔ)充而造成的[1]。

圖3 電鏡分析

缸蓋本身是內(nèi)腔復(fù)雜的薄壁鑄件，鑄件的熱節(jié)部位，被砂芯包圍，它們的凝固收縮得不到鐵液補(bǔ)充時(shí)，很容易形成縮松[2]。缺陷位于澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道與鑄件連接處，此處為鑄件厚大位置，冷卻條件較差，存在熱節(jié)，易發(fā)生縮松縮孔等收縮缺陷[3]。

3 解決問(wèn)題的措施

3.1 第一次工藝改進(jìn)及驗(yàn)證跟蹤

（1）改為底注澆注系統(tǒng)。鑄件內(nèi)澆道布局考慮避開(kāi)原有厚大位置，減少內(nèi)澆口位置過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)。將原有的中注澆注系統(tǒng)改為底注澆注系統(tǒng)，修改內(nèi)澆道為5 根圓柱形澆道（如圖4），并移動(dòng)至排氣側(cè)底部臍子，保持原來(lái)總澆道截面積不變。

圖4 澆注系統(tǒng)改進(jìn)

（2）澆注生產(chǎn)驗(yàn)證跟蹤結(jié)果。澆注驗(yàn)證40 臺(tái)，打箱清理后，跟蹤缺陷情況，5 處內(nèi)澆口缺陷集中在最右端一處位置（如圖5），缺陷率高達(dá)80%。

3.2 第二次工藝改進(jìn)及驗(yàn)證跟蹤

（1）改進(jìn)底注澆注系統(tǒng)。將出現(xiàn)缺陷位置的內(nèi)澆口去除（如圖6），并增大其余四處內(nèi)澆口截面積，確?？倽沧⒔孛娣e保持不變。

圖6 澆注系統(tǒng)改進(jìn)

（2）澆注生產(chǎn)驗(yàn)證跟蹤結(jié)果。澆注驗(yàn)證40 臺(tái)，打箱清理后，跟蹤缺陷情況，縮松缺陷消除，但氣孔缺陷異常，氣孔缺陷率20%。

3.3 第三次工藝改進(jìn)及驗(yàn)證跟蹤

（1）改進(jìn)底注澆注系統(tǒng)?；謴?fù)最右端內(nèi)澆口設(shè)置，將內(nèi)澆口形狀改為片狀扁澆道（如圖7）。

圖7 扁澆道位置

（2）澆注生產(chǎn)驗(yàn)證跟蹤結(jié)果。澆注驗(yàn)證40 臺(tái)，未發(fā)現(xiàn)縮松缺陷，氣孔缺陷3 臺(tái)，氣孔缺陷率7.5%。后續(xù)需要持續(xù)對(duì)澆注排氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，持續(xù)改善跟蹤。

（3）修改進(jìn)氣道芯頭及下夾層芯頭排氣結(jié)構(gòu)（如圖8），增加與底盤(pán)芯配合位置溢流冒口尺寸。后續(xù)通過(guò)500 臺(tái)批量生產(chǎn)跟蹤，未出現(xiàn)縮松缺陷，氣孔缺陷控制在0.6%以內(nèi)。

圖8 排氣系統(tǒng)更改

4 結(jié)論

（1）結(jié)構(gòu)緊湊的灰鐵連體缸蓋澆注工藝設(shè)計(jì)，內(nèi)澆道布局不僅要考慮澆注過(guò)程的溫度梯度，更有必要避開(kāi)產(chǎn)生熱節(jié)的厚大部位，減少收縮類缺陷產(chǎn)生。

（2）鑄造工藝更改不僅要關(guān)注單一缺陷的改善情況，要考慮綜合廢品率的波動(dòng)情況，統(tǒng)籌解決鑄件缺陷問(wèn)題。

（3）產(chǎn)品在工藝工裝設(shè)計(jì)階段，有必要提前考慮厚大部位熱節(jié)問(wèn)題，合理布局澆注系統(tǒng)，減少后續(xù)工藝更改驗(yàn)證造成的生產(chǎn)成本和時(shí)間成本。