針對226B歐Ⅰ缸蓋氣孔缺陷鑄造工藝探討

梁 泉，陳玉英，高冠會，季順業(yè)

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261001）

226B歐Ⅰ缸蓋鑄件的毛坯重量為11.2 kg，由于形成鑄件水腔的砂芯比較小，制芯工藝無法設(shè)置排氣通道，澆注后砂芯受鐵水包圍，易產(chǎn)生氣孔缺陷；同時，由于形成鑄件水腔的砂芯中間有隔板，增加鐵水包羅面，氣孔缺陷更容易出現(xiàn)；226B歐Ⅰ缸蓋每箱6件，由于澆注系統(tǒng)設(shè)計原因，澆注時難以達到澆注平衡，導(dǎo)致每箱6件中出現(xiàn)氣孔缺陷的幾率不同。

經(jīng)分析226B歐Ⅰ缸蓋的氣孔缺陷屬于侵入性氣孔，由于形成氣泡之氣體來自外部氣體源，所以侵入性氣體是一種外生式氣體[1]；226B歐Ⅰ缸蓋產(chǎn)生侵入氣孔的來源主要是覆膜砂制出的砂芯受熱產(chǎn)生大量氣體和砂芯浸涂所用涂料受熱產(chǎn)生氣體在鐵水凝固時侵入鐵水中而產(chǎn)生氣孔（圖1）.

圖1 226B歐Ⅰ缸蓋的氣孔缺陷主要部位

1 226B歐Ⅰ缸蓋鑄造工藝試驗

1.1 澆注系統(tǒng)分析和試驗

226B歐Ⅰ缸蓋造型工藝每箱6件，內(nèi)澆口采用中注從缸蓋側(cè)面進入，如圖2.

圖2 226B歐Ⅰ缸蓋澆注系統(tǒng)

對226B歐Ⅰ缸蓋氣孔缺陷統(tǒng)計一段時間分析時發(fā)現(xiàn)，每箱6件缸蓋中氣孔出現(xiàn)幾率相差很大，如表1.

表1 缸蓋在型板不同位置氣孔缺陷數(shù)量（個）

從表1可以看出在型板1號和5號兩個缸蓋氣孔出現(xiàn)率較大，經(jīng)分析認為是澆注不平衡造成。從澆注后觀察澆注冒口發(fā)現(xiàn)，1號和5號澆注冒口只有一半高度。為了解決澆注平衡問題，對橫澆道高度做了兩個方案的工藝試驗。

方案一：在主橫澆道增加8 mm高度，加大主橫澆道截面積；在兩個分橫澆道末端增加8 mm，試圖增加1號和5號的澆注壓力，使1號和5號充型快一些，如圖3.

圖3 方案一更改后橫澆道結(jié)構(gòu)

方案二：在主橫澆道增加8 mm高度，加大主橫澆道截面積；在兩個分橫澆道末端各減少15 mm，始端從過前一個缸蓋開始傾斜至末端，通過截面積逐步減少試圖增加1號和5號內(nèi)澆口的流速，使1號和5號充型快一些，如圖4.

圖4 方案二更改后橫澆道結(jié)構(gòu)

試驗結(jié)論：經(jīng)過兩種方案的試驗對比，方案二更加合理，用方案二后澆注后充型平衡，氣眼針幾乎同時充滿，1號和5號的氣孔缺陷明顯減少。

1.2 不同發(fā)氣速率涂料的工藝試驗

缸蓋的侵入性氣孔不僅與發(fā)氣材料（砂芯材料、涂料等）的發(fā)氣量有關(guān)還與發(fā)氣材料的發(fā)氣速率有很大關(guān)系；侵入性氣孔是由于澆注時發(fā)氣材料（砂芯、涂料等）受熱產(chǎn)生大量氣體在金屬液凝固時侵入金屬液中形成的；如果在金屬液凝固之前，發(fā)氣材料（砂芯、涂料等）產(chǎn)生氣體全部能夠順利排出，那么就不容易產(chǎn)生侵入性氣孔。

現(xiàn)在缸蓋澆注理念是快速澆注、快速凝固的原理，所以采用發(fā)氣速率快的材料有利于減少侵入性氣孔缺陷。試驗了兩種涂料的發(fā)氣速率和發(fā)氣量，測試結(jié)果如圖5.

從圖5可以看出，涂料1的發(fā)氣速率為0.13，發(fā)氣量為21.71 g/ml；涂料2發(fā)氣速率為0.08，發(fā)氣量為13.56 g/ml.經(jīng)過對兩種涂料的工藝試驗對比，用發(fā)氣速率快的、發(fā)氣量大的涂料1，缸蓋氣孔缺陷明顯減少；由此可見，涂料的發(fā)氣速率對侵入性氣孔的影響尤為重要。

圖5 不同涂料發(fā)氣速率測試圖（分別做三次）

1.3 增加砂芯排氣通道

在砂芯中開設(shè)排氣通道作用是：當(dāng)金屬液淹沒砂芯，砂芯過濾氣流由非定向轉(zhuǎn)向定向氣流危險時刻，縮短定向氣流在砂?？紫吨械牧鲃勇烦?，進入阻力小的砂芯排氣通道，這樣，再通過芯座通氣孔，可使?jié)沧r砂芯產(chǎn)生的氣體快速溢出芯外，顯著提高砂芯氣體溢出速度，降低危險時刻砂芯工作表面的壓力[1]。

226B歐Ⅰ缸蓋由于砂芯比較小，在制芯工藝上很難設(shè)置排氣通道，如圖6所示，兩個上工藝孔芯頭只有10 mm，而4個側(cè)工藝孔芯頭由于分型方式限制無法設(shè)置排氣通道。

圖6 226B歐Ⅰ缸蓋砂芯結(jié)構(gòu)

為了減少缸蓋侵入性氣孔，在下芯之前，增加人工鉆孔工序，即用風(fēng)鉆在226B歐Ⅰ缸蓋砂芯4個工藝孔芯頭鉆6 mm的排氣通道，這樣澆注時砂芯產(chǎn)生的氣體快速溢出芯外，減少氣孔缺陷，如圖7.

1.4 增加下芯后密封芯頭間隙

由于226B歐Ⅰ缸蓋大皮芯是垂直分型，考慮射砂嘴位置，大皮芯氣道端面從射砂嘴中間分模，這樣使得大皮芯與下型板芯拔模斜度不一致，造成下芯后分型面處有5 mm的間隙，澆注時鐵水易從此處鉆入上型芯頭排氣通道，致使砂芯排氣通道堵塞，容易產(chǎn)生氣孔。

在下芯后采取用封箱膏密封分型面間隙，防止鐵水鉆入上型排氣通道，可以使砂芯氣體快速溢出，有利于減少氣孔缺陷，如圖8.

圖7 226B歐Ⅰ缸蓋砂芯排氣通道位置

2 結(jié)論

圖8 226B歐Ⅰ缸蓋砂芯密封位置示意圖

1）澆注系統(tǒng)的最少截面積決定充型速度，澆注系統(tǒng)各部分截面積對侵入性氣孔有重要影響，特別是內(nèi)澆口位置、截面積及橫澆道的截面積。

2）不僅涂料和砂芯的發(fā)氣量對侵入性氣孔有影響，其發(fā)氣速率對侵入性氣孔也有很大影響。

3）砂芯的排氣通道對侵入性氣孔影響很大，砂芯有排氣孔而且氣體能從排氣孔順利排出型腔，對減少氣孔缺陷非常有利。

［1］陳國禎，肖柯則，姜不居.鑄造缺陷和對策手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004：79-85.