新型水基涂料在發(fā)動機氣缸體氣缸蓋上的應(yīng)用

賈萬軍，梁成振

（玉柴機器股份有限公司，廣西玉林 537005）

1 問題的提出

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，市場對發(fā)動機性能和行駛里程要求不斷提高，氣缸體氣缸蓋內(nèi)腔清潔度是影響發(fā)動機性能的關(guān)鍵因素，對其質(zhì)量提出了更高的要求。玉柴鑄造事業(yè)部生產(chǎn)的發(fā)動機氣缸體氣缸蓋主要以四缸機和六缸機為主，鑄件內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、形狀復(fù)雜，在內(nèi)腔很容易形成燒結(jié)和脈紋缺陷，影響鑄件清潔度。

鑄件內(nèi)腔燒結(jié)和脈紋缺陷受多種因素影響，如模具狀態(tài)、砂芯疏松、芯砂耐火度、涂料耐火度、涂層滲透深度等。

本單位生產(chǎn)的鑄件大部分用冷芯盒砂芯，某些砂芯位置非常細小復(fù)雜，生產(chǎn)的砂芯局部存在不緊實問題；在高溫鐵水澆注后，部分芯砂在化學(xué)作用和機械作用下，會發(fā)生反應(yīng)或鐵水滲入，導(dǎo)致相互粘結(jié)燒結(jié)；部分砂芯受熱膨脹，砂芯開裂，鐵水滲入裂縫中形成條形脈紋。鑄件內(nèi)腔燒結(jié)和脈紋缺陷，給清理帶來很大工作量，甚至有些鑄件內(nèi)腔無法清理到，嚴重的燒結(jié)殘留鑄件內(nèi)腔，導(dǎo)致鑄件報廢。圖1所示為某機型氣缸體水套燒結(jié)情況。所以，氣缸體氣缸蓋內(nèi)腔燒結(jié)和脈紋缺陷是亟需解決的問題。

2 技術(shù)方案的確定及驗證效果

2.1 確定技術(shù)方案

圖1 某機型氣缸體水套燒結(jié)，水道不通

為解決鑄件燒結(jié)和脈紋缺陷問題，使用不同種類新砂和抗脈紋劑，砂芯整體浸涂水基涂料，個別砂芯浸涂兩遍水基涂料。有些材料對鑄件防燒結(jié)和脈紋缺陷有很好的效果，但材料成本高，并且仍有鑄件局部位置燒結(jié)和脈紋缺陷難以消除。根據(jù)對發(fā)動機氣缸體氣缸蓋結(jié)構(gòu)綜合分析，不同位置的砂芯可以用不同的材料，整個砂芯全部用涂料包圍。開發(fā)一種抗高溫性能好、強度高、表面致密、延緩高溫傳遞的新型水基涂料是解決上述問題的有效途徑。

對不同廠家不同型號的涂料做了大量實驗驗證工作。經(jīng)過驗證，有一種新型水基涂料（3454）對預(yù)防鑄件燒結(jié)和脈紋缺陷有良好的效果。目前已大批量投入使用。

2.2 水基涂料（3454）的綜合性能

水基涂料（3454）為水基復(fù)合涂料，具有優(yōu)異的綜合性能：

1）超高的耐火性能；

2）保溫性能優(yōu)良；

3）高溫強度高；

4）剝離性能好；

5）極好的懸浮性能；

6）優(yōu)異的浸涂流變性能，涂層均勻、光滑、平整，無滴掛流痕；

7）烘干后涂層常溫強度高，不起皮，無裂紋；

8）涂層厚度有保障，浸涂后的砂芯涂料在沒有滴掛流痕的前提下，其濕態(tài)涂層平均厚度可達到400μm～450 μm（一般常規(guī)涂料濕態(tài)涂層厚度在200 μm～300 μm），保證了涂料烘干后的涂層厚度。

2.3 水基涂料（3454）使用技術(shù)指標

水基涂料（3454）主要技術(shù)指標見表1.

表1 水基涂料（3454）與普通涂料主要技術(shù)指標對比

水基涂料經(jīng)過24 h靜置，懸浮率高的涂料流平性好，在砂芯上不容易堆積，并且發(fā)氣量、耐火度都能滿足使用需求。

3 驗證效果

3.1 生產(chǎn)試驗條件及方法

本公司主要用冷芯盒砂芯，新砂種類有大林砂、再生回收砂、鉻鐵礦復(fù)合砂、鉻鐵礦砂、CUB砂等，砂目數(shù)為50/100，砂芯浸涂水基涂料分為單件砂芯浸涂和砂芯組整體浸涂兩種方法。浸涂砂芯用涂料比重根據(jù)砂芯和使用涂料而變化，一般控制在1.30 g/cm3～1.38 g/cm3范圍內(nèi)，砂芯浸涂涂料完成后利用砂芯烘干爐烘烤。

3.2 與普通涂料對比砂芯試樣涂層厚度

3454涂料與普通涂料涂層厚度對比見表2，從表2可以看出3454涂料比普通涂料涂層厚。在同等條件下，涂層厚度高的涂料涂掛性能好，保證一定的涂層厚度，使鐵水與砂芯隔開，鐵水不能滲入砂芯內(nèi)，保證鑄件不粘砂，同時延緩熱量傳遞，減少砂芯膨脹開裂，以此消除脈紋的產(chǎn)生。

表2 同等條件下的砂芯涂層厚度

3.3 水基涂料（3454）在實際生產(chǎn)中的試驗應(yīng)用及結(jié)果

3.3.1 水基涂料（3454）在干式氣缸體水套芯上的試驗

水基涂料（3454）在干式缸套水套砂芯生產(chǎn)中試驗條件見表3.

使用水基涂料（3454）試驗前后砂芯對比，如圖2、圖3、圖4所示。原有工藝是浸涂兩遍涂料，使用水基涂料（3454）只浸涂一遍涂料，兩者對比，砂芯表面涂層水基涂料（3454）更光滑和致密，并且無涂料堆積現(xiàn)象。

圖2 浸涂水基涂料（3454）

圖3 原有工藝浸涂兩遍耐高溫涂料

圖4 原有工藝浸涂兩遍普通涂料

表3 水基涂料（3454）在干式氣缸體水套芯上的試驗條件

用不同的涂料生產(chǎn)的鑄件水套內(nèi)腔情況見圖5、圖 6、圖 7.

圖5 使用普通涂料的鑄件內(nèi)腔

圖6 使用水基涂料（3454）的鑄件水套內(nèi)腔

圖7 用水基涂料（3454）生產(chǎn)的鑄件

從圖5可以看出用普通涂料生產(chǎn)鑄件水套內(nèi)腔局部有燒結(jié)和脈紋缺陷。圖6、圖7說明，試驗水基涂料（3454）鑄件水套內(nèi)腔局部沒有燒結(jié)和脈紋缺陷，并且沒有對鑄件質(zhì)量造成其他缺陷。說明使用水基涂料（3454）的鑄件水套內(nèi)腔比正常生產(chǎn)鑄件質(zhì)量好。

3.3.2 水基涂料（3454）在某機型氣缸蓋砂芯上的試用

某機型氣缸蓋是大功率發(fā)動機使用，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用鐵水量多，采用側(cè)澆方式澆注，一直存在鑄件內(nèi)腔燒結(jié)問題。

將水基涂料（3454）涂在該機型氣缸蓋主體砂芯上進行試驗，試驗條件見表4，試驗結(jié)果見圖8～圖10.

圖8為普通涂料正常生產(chǎn)的鑄件，內(nèi)腔有9處燒結(jié)。圖9為水基涂料（3454）氣缸蓋砂芯組整體浸涂水基涂料（3454）情況，可以看到涂層表面光滑、致密，圖10為用圖9所示砂芯生產(chǎn)的鑄件，從圖10可以看到，鑄件內(nèi)腔無大塊燒結(jié)，只有兩處輕微脈紋，水道暢通。使用水基涂料（3454）鑄件內(nèi)腔質(zhì)量改善明顯。

3.3.3 水基涂料（3454）在氣缸體頂桿室砂芯上的試用

將水基涂料（3454）涂在某機型氣缸體水道、頂桿室芯上進行試驗，試驗條件見表5，試驗結(jié)果見圖11～圖14.

表4 水基涂料（3454）涂料在某機型氣缸蓋主體砂芯上的試驗條件

試驗結(jié)果：正常生產(chǎn)鑄件20%～30%有脈紋和燒結(jié)，不加抗脈紋劑鑄件100%有燒結(jié)和脈紋缺陷，如圖11、圖13所示；從圖12和圖14可以看出試驗用水基涂料（3454）鑄件內(nèi)腔無燒結(jié)和脈紋缺陷，并且使用水基涂料（3454）不加抗脈紋劑，減少樹脂加入量，降低材料成本。

圖8 使用普通涂料鑄件情況

圖9 水基涂料（3454）砂芯

圖10 水基涂料（3454）鑄件

表5 水基涂料（3454）涂在某機型氣缸體水道、頂桿室芯上試驗條件

圖11 普通涂料水道鑄件

圖12 試驗水基涂料（3454）水道鑄件

圖13 普通涂料頂桿室鑄件

圖14 試驗水基涂料（3454）頂桿室鑄件

3.3.4 用普通低成本砂生產(chǎn)砂芯，用水基涂料（3454）浸涂試驗

1）試驗條件

為了進一步驗證水基涂料（3454）有很好的抗燒結(jié)和脈紋缺陷能力，決定在生產(chǎn)砂芯用低價格新砂替代高成本新砂情況下進行試驗。驗證生產(chǎn)條件見表6.

表6 水基涂料（3454）浸涂普通砂制作的砂芯生產(chǎn)條件

用水基涂料（3454）后，生產(chǎn)砂芯用的芯砂用低價格材料替代，抗脈紋劑和冷芯盒樹脂加入量都相應(yīng)減少。

2）試驗結(jié)果

用改進工藝后生產(chǎn)的砂芯見圖15，從圖15可以看出生產(chǎn)射制的砂芯強度正常，表面質(zhì)量無異常；浸涂水基涂料（3454）后的砂芯見圖16，從圖16可以看到砂芯表面光滑；用圖16生產(chǎn)的鑄件內(nèi)腔情況見圖17，用內(nèi)窺鏡檢查鑄件內(nèi)腔，無異常，無燒結(jié)。

3）試驗結(jié)論

使用水基涂料（3454）后，生產(chǎn)砂芯的材料由高成本砂改為低成本砂，并且部分砂芯減少或取消加入抗脈紋劑，降低了樹脂加入量，生產(chǎn)出的鑄件內(nèi)腔無燒結(jié)和脈紋缺陷情況，其他缺陷率也沒有增加。說明水基涂料（3454）有較好的抗燒結(jié)和脈紋缺陷能力。

圖15 改進混砂工藝的砂芯

圖16 浸涂水基涂料

圖17 試用水基涂料（3454）后生產(chǎn)的氣缸蓋鑄件內(nèi)腔

3.4 使用水基涂料（3454）過程中出現(xiàn)的問題

1）使用該水基涂料（3454）后，出現(xiàn)了砂芯整體尺寸偏大難下到型腔的問題。

解決方法：

① 通過調(diào)整涂料比重，在保證鑄件不燒結(jié)前提下，降低涂料比重，減少涂層厚度；

② 調(diào)整外型模具尺寸。

2）使用水基涂料（3454）后，曾出現(xiàn)砂芯表面有氣泡問題。

解決方法：

① 改善消泡劑，調(diào)整涂料的消泡劑加入量；

② 砂芯底部增加排氣孔，浸涂時排除氣泡。

4 經(jīng)濟效益

4.1 材料成本節(jié)約情況

使用水基涂料（3454）后，對鑄件冷芯盒砂芯生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，用低成本砂替代高成本砂，減少或取消抗脈紋劑，降低冷芯盒樹脂的加入量。各機型鑄件材料成本有不同程度的下降，下降幅度最大的鑄件達到700元/t.

4.2 清理生產(chǎn)效率提升

使用水基涂料（3454）后，由于鑄件內(nèi)腔燒結(jié)和脈紋缺陷減少，大幅減少了清理工作量。在同等條件下，清理鑄件平均送倉量由2877件/天提升到3167件/天，提高效率10.08%.

5 結(jié)束語

1）在冷芯盒砂芯生產(chǎn)過程中，合理使用水基涂料（3454）是防止鑄件產(chǎn)生燒結(jié)和脈紋缺陷的有效途徑；可以大幅降低制造成本；可以降低鑄件清理工作量，提高生產(chǎn)效率。

2）經(jīng)過驗證，合理使用新型水基涂料（3454）是解決發(fā)動機氣缸體氣缸蓋燒結(jié)和脈紋缺陷的有效措施，能大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低制造成本。

參考文獻：

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