排氣芯骨在水冷排氣歧管生產(chǎn)中的應(yīng)用

靳寶，袁彬，袁超林，陳波，崔志學(xué)

西峽縣內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管有限責(zé)任公司 河南西峽 474500

1 序言

內(nèi)燃機(jī)排氣歧管是大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的重要鑄鐵零部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣，分內(nèi)外兩層，內(nèi)層排氣，外層通水，通過(guò)循環(huán)水來(lái)降低排氣歧管的溫度，減少排氣歧管對(duì)外的熱輻射，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙的環(huán)境溫度，應(yīng)用前景廣闊，但雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也增加了鑄造難度。西峽縣內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣管有限公司先后為國(guó)內(nèi)外100多家主機(jī)廠開(kāi)發(fā)3000多種排氣歧管，填補(bǔ)了許多國(guó)內(nèi)外空白，特別是近十幾年來(lái)，我公司對(duì)更復(fù)雜的水冷排氣歧管進(jìn)行工藝研究，取得了長(zhǎng)足的技術(shù)進(jìn)步。

2 鑄件結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì)

近期，我公司開(kāi)發(fā)一家國(guó)外客戶的排氣歧管產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1可看出，此產(chǎn)品是大平面結(jié)構(gòu)，且平面只有兩個(gè)工藝孔。工藝孔又稱“ 碗形塞”，是排氣歧管排氣歧管產(chǎn)品上的重要組成部分，雖然對(duì)產(chǎn)品的使用性能來(lái)說(shuō)，其存在意義不大，但是對(duì)排氣歧管的鑄造生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)意義重大[1]。若工藝孔分布的不合理或工藝孔數(shù)量太少，則很難保證排氣歧管的鑄造質(zhì)量。另外，由于此產(chǎn)品在國(guó)外是批量生產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，我公司作為第二供應(yīng)商沒(méi)有更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可能，所以給生產(chǎn)帶來(lái)很大困難。

圖1 排氣歧管結(jié)構(gòu)

3 鑄造缺陷分析

在前期工藝評(píng)審時(shí)，就意識(shí)到此產(chǎn)品水腔尺寸大，造成水腔芯子的重量大，且上頂面只有兩個(gè)工藝孔，側(cè)面有幾個(gè)φ18mm的進(jìn)出水孔，而φ18mm的進(jìn)出水孔砂芯不能支撐整體水腔的砂芯。砂芯的支撐和定位問(wèn)題若解決不好，就不能很好地進(jìn)行生產(chǎn)，因此水腔砂芯均選用高強(qiáng)度覆膜砂（見(jiàn)表1）。采用濕型砂機(jī)器造型，造型硬度≥85，澆注溫度1420～1450℃，澆注清理后，在上箱側(cè)面出現(xiàn)嗆火缺陷（見(jiàn)圖2），鑄件沒(méi)有成形不良，解剖后顯示鑄件壁薄。

表1 高強(qiáng)度覆膜砂性能指標(biāo)

圖2 嗆火缺陷

對(duì)于第一次試制失敗的原因，經(jīng)分析認(rèn)為，嗆火原因是由于排氣管上箱只有兩個(gè)工藝孔，因此澆注時(shí)所產(chǎn)生的氣體不能從工藝孔順利排出，從而造成鑄件嗆火。另外，φ18mm（見(jiàn)圖3中A、B、C、D位置）的進(jìn)出水孔砂芯，雖然使用了高強(qiáng)度覆膜砂，但還是不能支撐澆注時(shí)產(chǎn)生的抬箱力和砂芯重量，澆注時(shí)從這幾個(gè)孔的位置斷芯，造成水腔壁薄。

圖3 進(jìn)出水孔位置

4 鑄造工藝優(yōu)化

針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)工藝進(jìn)行了調(diào)整，決定采用增加芯骨來(lái)提高砂芯強(qiáng)度和剛度[2]。在水腔砂芯4個(gè)定位芯頭中間放置φ10mm、長(zhǎng)120mm的鑄鐵芯骨（見(jiàn)圖4），芯骨插入砂芯內(nèi)部，以增加芯頭定位的強(qiáng)度，用來(lái)解決澆注時(shí)的斷芯問(wèn)題，其他的生產(chǎn)工藝不變。按照優(yōu)化工藝生產(chǎn)15件排氣歧管，澆注清理后，鑄件的水腔斷芯、壁薄等問(wèn)題得到有效解決，但是嗆火問(wèn)題依然嚴(yán)重，成品率較低。分析原因是芯頭增加芯骨后雖然強(qiáng)度提高，但是也堵塞了芯頭的排氣道，造成排氣不暢，澆注時(shí)產(chǎn)生的氣體排不出去，使嗆火問(wèn)題依然沒(méi)有解決。

圖4 優(yōu)化工藝

針對(duì)第二次生產(chǎn)出現(xiàn)的問(wèn)題，再次分析原因，決定對(duì)現(xiàn)有芯骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行再優(yōu)化，使芯骨的使用在提高砂芯強(qiáng)度的同時(shí)，也要滿足砂芯排氣的要求，因此在現(xiàn)有芯骨中間鉆φ6mm孔，加強(qiáng)排氣（見(jiàn)圖5），同時(shí)在芯骨的四周鉆φ2mm的小孔，按照再優(yōu)化工藝生產(chǎn)15件排氣歧管，其他生產(chǎn)工藝不變，澆注清理后經(jīng)過(guò)檢測(cè)，有效解決了嗆火問(wèn)題，成品率大幅提高。

圖5 再優(yōu)化工藝

5 生產(chǎn)驗(yàn)證

按照再優(yōu)化工藝生產(chǎn)后，解決了鑄件的壁薄、斷芯、嗆火等問(wèn)題，鑄造成品率達(dá)到85%以上，加工后完全符合要求，沒(méi)有鑄造缺陷出現(xiàn)，保證了按時(shí)交付客戶（見(jiàn)圖6）。

圖6 排氣歧管外觀質(zhì)量

6 結(jié)束語(yǔ)

排氣歧管的生產(chǎn)關(guān)鍵是制芯工序，由于是雙層結(jié)構(gòu)，排氣性能差，所以一定要控制好覆膜砂的性能，芯頭要兼顧定位及排氣功能，排氣芯骨的應(yīng)用，很好地解決了這一問(wèn)題。目前，再優(yōu)化工藝方案已經(jīng)在多種排氣歧管產(chǎn)品上面應(yīng)用，均取得了很好的效果，可以穩(wěn)定地將成品率控制在85%以上。