大型扁平齿轮室呛孔缺陷解决措施探讨

邢 伟 ，秦 鹏，齐 建 ，王焕宁，胡宗乾 ，谭传宝

（1.潍柴重机股份有限公司，山东潍坊 261108；2.潍柴动力股份有限公司，山东潍坊 261108）

齿轮室作为发动机的重要零件之一，主要用于发动机齿轮安装固定。当前，我公司一款高端发电机组配备的齿轮室铸件，材质HT300，重量550kg，尺寸 1570mm×1403mm×220mm，主要壁厚10mm，其上集成水腔和油腔，提升齿轮室功用，实现多零件一体化。

图1 齿轮室铸件图

1 铸造工艺介绍

该齿轮室为大尺寸扁平结构，结合现场生产情况，设计铸造工艺如下：

（1）冷芯盒制芯：对主体芯、水腔芯、油腔芯、弯管芯设计为冷芯，射芯机制芯，提高砂芯尺寸精度及生产效率。

（2）自硬砂造型：混砂机震实造型，提高砂型的紧实度，使用通用砂箱，提高现场生产组织效率，节省砂箱投入费用。

（3）刷涂：砂芯和砂型刷涂锆英粉涂料，提高表面及内腔质量。

（4）下芯研箱：对尺寸较大的主体芯使用下芯定位吊具下芯，减轻操作强度，提高研箱精度。

（5）浇注：水平浇注，浇注温度 1380～1400℃。

（6）清理：浇注36h后打箱，进行时效处理消除应力。

图2 齿轮室砂芯及浇注系统布置示意图

2 主要缺陷及原因分析

该齿轮室铸件在远离直浇道、横浇道末端的水腔的上平面出现了呛孔缺陷，位置比较集中，如图3所示。

图3 齿轮室呛孔缺陷示意图

图5 溢流冒口增加示意图

通过对齿轮室结构、浇注系统进行分析，呛孔缺陷产生原因如下。

该齿轮室扁平结构，尺寸较大，铸件结构以及型腔结构复杂，铁液在铸型中充填时流动阻力大，热损失大，特别是呛孔缺陷集中在浇注系统末端的顶部平面，铁液充填到此处时，温度较低，凝固加快，砂芯和砂型在浇注过程中产生的大量气体，由于缺乏足够的排气通道，来不及逸出就在此处聚集[1]。

3 采取措施及改进效果

3.1 优化浇注系统

针对呛孔缺陷产生的位置，改进浇注系统，延长横浇道，增加内浇道，使铁液均匀地充型。

图4 齿轮室横浇道改进示意图

3.2 倾斜浇注

将直浇道对侧垫高，倾斜约4度，同时将靠近直浇道底处的出气溢流冒口改为暗冒口，让铁液平稳顺序上升，使砂芯和砂型产生的气体得以往高处释放。

3.3 提高充型压头

原工艺使用的浇口箱较小，现改进为大浇口箱和拔塞浇注，压头提高100mm，当铁液充满浇口箱的三分之二时，拔掉塞子，使铁液平稳连续冲入型腔。

3.4 增加溢流冒口

在出现呛孔的水腔位置设置扁形溢流冒口，让此处聚集的气体可以由扁形冒口逸出，同时增加此处铁液的流动能力，防止浇注过程中砂芯和砂型产生的气体无排出通道，此外扁形冒口方便清理打磨，不影响外观质量。

通过以上措施的实施，齿轮室呛孔缺陷完全消除，提高了铸件质量。

4 结论

（1）合理的浇注系统，可以使铁液平稳充型，特别对尺寸较大、壁厚均匀的铸件，应采用较多的内浇道分散均匀地充型。

（2）大平面铸件设计倾斜浇注，有利于排出浇注过程中砂型和砂芯产生的气体。

（3）液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力就越好[2]。适当的提高压头，使铁液在型腔内流动更顺畅。

（4）溢流冒口可以增加铁水的流动能力，同时起到排气的作用。