發(fā)動(dòng)機(jī)缸體砂眼缺陷分析與改進(jìn)

黃 政

（重慶大江信達(dá)車輛股份有限公司，重慶 401321）

如圖1 所示發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件，外形高度差大，內(nèi)腔形狀復(fù)雜，最大外形尺寸為397mm×327mm×252mm，重量38kg，材質(zhì)為HT250。鑄件壁厚偏差大，最小壁厚4mm，最大壁厚25mm 并要進(jìn)行氣密性檢查，所以要求鑄件的力學(xué)性能好，組織致密，內(nèi)部不允許有鑄造缺陷，屬于典型的復(fù)雜薄壁鑄件。

1 原生產(chǎn)工藝及質(zhì)量狀況

1.1 原工藝簡(jiǎn)介

原生產(chǎn)線采用的是濕型砂氣沖造型，砂箱尺寸較大，其內(nèi)口尺寸為1200mm×800mm×(350/350)mm。為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了一型兩件的工藝方案。

圖1 鑄件圖片

由于中注式澆注系統(tǒng)具有沖型平穩(wěn)，鐵液對(duì)砂芯的浮力較小，抗氣孔、夾渣能力強(qiáng)，抗縮松（孔）、滲漏能力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合公司生產(chǎn)線為水平分型的情況，選用了中注式臥澆澆注系統(tǒng)，將內(nèi)澆口設(shè)置在鑄件軸承上，為了保證充型平穩(wěn)，每件分別設(shè)置了4 個(gè)內(nèi)澆道。由于砂芯均使用覆膜砂制芯，發(fā)氣量較大，為了減少砂芯的發(fā)氣量，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)砂芯進(jìn)行了減空，并在砂芯的芯頭上設(shè)置了排氣通道，便于砂芯產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出；同時(shí)為了將前期的冷鐵液溢出，在鑄件缸筒頂端面設(shè)置了四個(gè)溢流冒口，并在冒口上安放了出氣棒，便于澆注時(shí)將型內(nèi)的氣體及時(shí)排出，同時(shí)在鑄件底端面設(shè)置了溢流冒口，兩端凸臺(tái)部位也設(shè)置了溢流冒口，且在冒口上安放了出氣棒；為了增大排氣面積，有利于型內(nèi)的氣體及時(shí)排出，還在上箱面的所有凸臺(tái)上均安放了出氣棒。原具體工藝見圖2。

1.2 存在的問題

圖2 原工藝方案

在進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鑄件缸筒砂眼缺陷較多，高達(dá)1.5%，嚴(yán)重地影響了產(chǎn)品質(zhì)量，而其它鑄造缺陷較少。

2 原因分析

從砂眼的形成機(jī)理分析，砂眼是由于金屬液從砂型型腔表面沖下來的砂粒（塊），或者造型、合箱操作中落入型腔內(nèi)的砂粒（塊），在澆注時(shí)來不及浮入橫澆道或冒口排氣陣頂部，留在鑄件內(nèi)部或表面而造成的。

由于是生產(chǎn)線造型、合箱，下芯采用專用下芯吊具下芯，因此造型、下芯、合箱時(shí)落入砂粒（塊）型腔內(nèi)的幾率較??；而砂眼缺陷出現(xiàn)的部位較集中，主要分布在鑄件的缸筒位置，故認(rèn)為不是造型合箱造成的砂眼缺陷。

由于生產(chǎn)缸體的缸筒芯原材料為覆膜砂，熱芯盒制芯，覆膜砂的特點(diǎn)是砂芯表面較致密，內(nèi)部較疏松,所以開始并沒有意識(shí)到是砂芯出現(xiàn)了問題。但通過對(duì)廢品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其它部位的砂眼缺陷很少，只有缸筒部位的砂眼較多，才發(fā)現(xiàn)是砂芯出現(xiàn)了問題，從而造成產(chǎn)品質(zhì)量問題。

為此，對(duì)缸筒砂芯進(jìn)行了解剖檢查，發(fā)現(xiàn)缸筒芯厚大部位固化效果較差，表面致密層較薄，砂芯出現(xiàn)分層現(xiàn)象（圖3）。

圖3 砂芯解剖照片

我們分析是由于射芯時(shí)，覆膜砂流經(jīng)的通道截面積不夠，影響覆膜砂的流量，特別是射砂壓力波動(dòng)時(shí)，造成供砂不足，致使砂芯局部緊實(shí)度不夠，砂芯表面致密層厚度達(dá)不到要求，而操作者不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)；砂芯浸涂后，由于涂料的遮擋，更無法判斷。在澆注時(shí)，鐵液侵入砂芯內(nèi)部致使砂芯起皮，造成缸筒起砂缺陷。

由于鐵液的包裹，砂粒隱藏在鑄件內(nèi)部，在鑄件清理、檢驗(yàn)過程中，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，致使不合格鑄件流入了機(jī)加工廠，加工后呈現(xiàn)缸筒砂眼缺陷。

3 工藝改進(jìn)

3.1 采用快速固化覆膜砂

由于缸筒芯采用熱芯盒制芯，中間減空采取抽芯機(jī)構(gòu)完成，因此砂芯局部厚大部位肯定存在，如果砂芯固化時(shí)間過長(zhǎng)，表面就會(huì)出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，因此決定采取提高覆膜砂的固化速度來提高砂芯厚大部位固化層的厚度。

我們通過與覆膜砂生產(chǎn)廠家進(jìn)行技術(shù)交流，引入快速固化覆膜砂射制缸筒芯。由于快速固化覆膜砂的固化速度比原來的覆膜砂固化速度提高了30%，因此在固化溫度和時(shí)間不變的情況下，缸筒芯表面固化層厚度較以前增加了近一倍，提高了砂芯表層的強(qiáng)度，基本消除了砂芯分層的現(xiàn)象。

3.2 改進(jìn)射砂板的結(jié)構(gòu)，增加覆膜砂流經(jīng)通道的截面積

射砂時(shí)的覆膜砂流量是否足夠，將決定砂芯的致密程度，而原工藝缸筒芯采取從頂面射芯，只能設(shè)計(jì)一個(gè)射嘴，無法增加射嘴數(shù)量。

通過對(duì)原射砂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)增加覆膜砂流經(jīng)通道的最小截面積在射板與擋砂板之間（原射砂板結(jié)構(gòu)見圖4），只需要增加射板與擋砂板之間的距離，就可以增加覆膜砂流經(jīng)通道的截面積。因此將射板與擋砂板之間的距離增加了2mm，以增加覆膜砂流經(jīng)通道的截面積（新射砂板結(jié)構(gòu)見圖5）。

圖4 原射砂板結(jié)構(gòu)

圖5 現(xiàn)射砂板結(jié)構(gòu)

3.3 改進(jìn)設(shè)備，避免射砂壓力波動(dòng)

我們將射砂壓力控制到工藝要求的中、上限，同時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，射砂壓力不足時(shí)不能進(jìn)行射砂動(dòng)作，杜絕了因射砂壓力波動(dòng)造成供砂不足的現(xiàn)象，確保砂芯的致密度，保證砂芯質(zhì)量。

3.4 加強(qiáng)制芯后對(duì)砂芯的檢查

制芯后，在砂芯浸涂前對(duì)砂芯進(jìn)行檢查，用手按壓厚大部位，發(fā)現(xiàn)有問題的砂芯進(jìn)行報(bào)廢處理，避免不合格砂芯流入下工序，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

通過采取以上措施，生產(chǎn)的鑄件產(chǎn)品基本消除了缸筒砂眼缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了用戶的要求。

4 結(jié)束語

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體類鑄件，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮生產(chǎn)方式，選用適宜的制芯材料；在進(jìn)行射芯模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮覆膜砂的流量是否足夠，確保砂芯致密，固化質(zhì)量是否滿足要求，同時(shí)加強(qiáng)過程控制，就可以消除砂眼缺陷。

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