4G1型氣缸蓋的鑄造缺陷及解決措施

許建輝，魏汝民，李樹春，武雪亮，賈緒甡

(1.哈爾濱東安汽車動力股份有限公司，哈爾濱150066;2.山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司)

低壓鑄造巧妙地利用了坩堝內(nèi)壓力，在低氣壓下保持下澆道與補縮通道合二為一，將金屬液由下而上充填鑄型，在鑄造過程中始終保持鑄型溫度梯度與壓力梯度的一致性，解決了重力鑄造中充型平穩(wěn)與補縮的矛盾，使鑄件品質(zhì)大大提高。隨著機械行業(yè)的不斷發(fā)展，低壓鑄造在國內(nèi)外的鑄造生產(chǎn)中得到了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新技術(shù)、新工藝，改善了低壓鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了鑄件的成品率。低壓鑄造是介于壓力鑄造與重力鑄造之間的一種鑄造方法，具有金屬液充型平穩(wěn)、鑄件組織致密、工藝出品率高、易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，特別適合生產(chǎn)造型復(fù)雜的薄壁鑄件，在現(xiàn)代制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。

1 4G1型氣缸蓋鑄造缺陷分析

4G1型氣缸蓋為頂置雙凸輪軸結(jié)構(gòu)鋁合金氣缸蓋，氣缸蓋低壓鑄造所采用AC4B牌號鋁合金(日本JIS5202技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))鑄造，經(jīng)過分析可知，材料成分類似于我國ZL106合金，但略有差異。低壓鑄造工藝基本過程:制芯—合金熔煉—模具準(zhǔn)備—澆注—熱處理—除砂—切割澆冒口—清理。通過對大批量鑄件的跟蹤，發(fā)現(xiàn)鑄件主要缺陷有二種，火花塞孔滲漏和排氣側(cè)安裝孔3滲漏。

圖1 火花塞孔解剖打壓滲漏部位

1.1 火花塞孔滲漏

解剖后發(fā)現(xiàn)滲漏位置集中在火花塞孔周圍的過度圓角部分，且過度越明顯，滲漏率越大。

1.2 排氣側(cè)安裝孔3滲漏

主要集中于距底面10mm～15mm位置，通?？梢钥吹矫黠@縮松。該位置滲漏均為較小滲漏，保壓5s以上可以看到不連續(xù)氣泡，具體滲漏部位見圖2和圖3。

圖2 排氣側(cè)安裝孔3滲漏部位剖面

圖3 排氣道滲漏解剖俯視圖和解剖側(cè)視圖

2 采取的解決措施

2.1 火花塞孔滲漏

首先采用激冷涂料來解決火花塞孔滲漏問題。澆注前在水套芯處涂刷激冷涂料，減緩溫度差造成的鑄造缺陷，采取這一措施可以明顯改善該位置處的滲漏，但在連續(xù)生產(chǎn)時涂刷質(zhì)量難以控制，而且增加了成本消耗。

對水套芯火花塞孔滲漏處的結(jié)構(gòu)加以改進，增大邊緣過度圓角，加大底部與燃燒室相接部位壁厚并去除過度復(fù)雜造型設(shè)計，加大順序凝固的補縮通道。經(jīng)過試制驗證，產(chǎn)品質(zhì)量可以與刷激冷涂料媲美，可代替激冷涂料的工藝，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高(見圖4、圖5)。

圖4 刷激冷涂料火花塞孔對應(yīng)位置照片

圖5 修理前、后火花塞位置截面對比圖

2.2 排氣側(cè)第3安裝孔滲漏

該位置處于澆口中間位置，是產(chǎn)品最后凝固區(qū)域，容易因補縮不足產(chǎn)生縮松缺陷，針對該問題采取二項技術(shù)措施:a、該安裝孔位置使用加長鑄銷，加快熱節(jié)部位凝固速度，減少縮松缺陷(見圖6);b、對應(yīng)底型位置增設(shè)暗冒口，增強對縮松部位的補縮效果(見圖7)。使用兩套模具進行試驗結(jié)果驗證:共送檢3 274件，氣性不良件49件，砂眼不良件7件，不良率1.71%，并在廢品復(fù)查解剖過程中未出現(xiàn)排氣側(cè)安裝孔3位置滲漏，改善效果明顯。

圖6 排氣側(cè)3安裝孔使用加長鑄銷照片

此外，4G1型氣缸蓋還有其它滲漏缺陷，如排氣道滲漏。觀察滲漏位置的結(jié)構(gòu)可以看出，該部位缺陷屬于尖邊部分造成的縮松，因此將水套砂芯對應(yīng)位置加工出R2－R3圓角，便可明顯降低該部位縮松缺陷發(fā)生率。

圖7 排氣側(cè)3安裝孔下方增加暗冒口

在以上防止4G1型氣缸蓋滲漏缺陷基礎(chǔ)上，改善澆注充型時的排氣效果來提高鑄件質(zhì)理。在水套三個定位芯頭位置增設(shè)排氣塞，在上型位置增設(shè)八處10mm排氣塞，增強模具型腔排氣量。經(jīng)過這項技術(shù)改進后，氣缸蓋內(nèi)部一次澆注不良率由原來的3%降至1.7%，進一步提高了鑄件成品率效果。

3 結(jié)語

在4G1型氣缸蓋鑄造試生產(chǎn)中，，從模具結(jié)構(gòu)和在冷卻系統(tǒng)等方面入手對鑄型結(jié)構(gòu)加以改進，建立順序凝固的溫度場，實現(xiàn)順序凝固，適當(dāng)減小鋁液沖入型腔速率，增加充型后的壓力，改善現(xiàn)場鑄造條件的穩(wěn)定性和兼容性，提高鑄件成品率。

［1］田榮璋《鑄造鋁合金》中南大學(xué)出版社2006.9:58－88.

［2］聶小武《實用有色合金鑄造技術(shù)》遼寧科學(xué)技術(shù)出版社2009.01