柴油机气缸盖铸造缺陷改进方案

朱艳华

（广东荻赛尔机械铸造股份有限公司，广东 梅州 514600）

气缸盖是柴油机的关键部件之一，其中CS21型气缸盖对比其他型号气缸盖结构形状复杂，铸件壁厚要薄，铸造难度大。材质为QT400-15，机械性能验收应符合表1.要求铸件水腔经受1 MPa压力，历时20 min的水压试验，无渗漏、冒汗现象。

表1 气缸盖材料的机械性能

该型号气缸盖经常出现以下缺陷：a）由于内腔通道弯曲复杂，浇注过程中气体不易顺畅排除，容易出现喷水导致气孔；b)壁厚相差大，厚大部位容易出现疏松，影响气缸盖的气密性，如图1，解剖发现高压油管孔近喷油器孔处常发现疏松缺陷。在装机试验中，也常有发现润滑油泄露，耗费人力物力，并影响装机交货。

1 缺陷分析

ProCAST软件已广泛运用于铸造工艺的模拟分析中，为工艺设计提供有效的参考，避免反复试制造成的损失和时间的浪费。柴油机CS21气缸盖原工艺浇注系统为底注式，1直、1横、3内，如图2，冒口为顶冒口，采用FOSECO保温冒口，4个气阀孔处为内冷铁，底平面一块随型冷铁。

运用PROCAST软件铸造工艺仿真模拟技术，对原工艺浇注系统进行模拟，凝固结果、缺陷预测情况如图3，从图3a）和图3c）可以看出，由于铸件壁薄，结构热节比较多，主要分布在高压油管孔和喷油孔，螺栓孔等处，这些热节较分散，单一靠冒口补缩无法解决。

对比实际解剖情况，高压油管孔处的缺陷和模拟结果基本相符，图1为实际解剖缺陷位置，图4为模拟缺陷位置。

2 改进方案

从模拟结果分析看，原工艺的浇注系统设计较合理，充型过程的液面平稳、无涡流、型内流速低，充型后温度场正常，所以不对浇注系统做修改，改进从以下几个方面入手：

1）因冒口下方的高压油管孔存在严重缩孔缺陷，说明冒口补缩能力不足，将冒口改大，由原φ120×240改为φ180×240，冒口颈由φ60改为φ100.

图1 高压油管孔近喷油器孔处发现疏松缺陷

图2 原工艺浇注系统建模图和实物浇注系统照片

图4 模拟缺陷位置

图5 工艺改进方案建模示意图

图6 工艺改进后凝固情况模拟

2）原气阀孔处4件内冷铁直径较小，激冷作用不强，而且配箱操作相对复杂，在改进工艺中取消，将原喷油器孔砂芯改为内冷铁，增加激冷效果，为保证上水腔砂芯出气通畅，将内冷铁钻孔排气。

3）在回油孔、排气道螺栓孔处增加冷铁，降低该处出现缺陷的风险。

工艺改进后方案如图5所示。将工艺改进后再次进行凝固情况模拟，浇注模拟结果如图6，由图6a）和图6c）可以看到，热节位置改变且面积减小，通过工艺改进，补缩能力加强，铁水充型凝固后，关键区域未见缩孔疏松缺陷，见图6b）和图6d）.

工艺改进后实物解剖结果和模拟情况一致，未见缩孔疏松缺陷，如图7所示。

经过一个批次20件的生产，机加工过程未发现缺陷，经过水压试验，未发现渗漏情况。投入批量生产后，铸件合格率达98%以上。

图7 工艺改进后解剖情况

3 结束语

1）柴油机气缸盖结构形状复杂，壁厚不均匀，铁水充型过程中的平缓，排气畅顺和充分补缩是避免内部缺陷的关键；

2）运用铸造工艺模拟软件，将缺陷隐患降到最低，降低试制成本。