气缸盖气孔缺陷解决措施探讨

2020-12-03崔迁义王洪君

中国铸造装备与技术 2020年6期

关键词：气缸盖型腔铸件

崔迁义，王洪君

(潍柴动力股份有限公司,山东潍坊 261061)

某气缸盖毛坯根据生产需要由原生产单位调整到我公司进行生产,对该铸件的铸造工艺做了较大改变。在铸件工艺切换的调试验证阶段，该气缸盖铸件出现较为集中的气孔缺陷。

1 工艺简介

该气缸盖毛坯如图1所示，体积较大,外形尺寸为518mm×396mm×292mm，内腔壁厚大,最薄壁厚也有8mm,缸盖材质为灰铸铁。

图1 气缸盖毛坯图

该缸盖采用自硬砂造型工艺，铸件上下外轮廓均由自硬砂形成，内腔由砂芯组件形成。砂芯组装前，对每个砂芯及上下型腔进行单独的刷涂或浸涂之后表干，砂芯组装完成后连同砂箱进行烘干。砂芯组件包括进气道芯、排气道芯、水夹层芯、挺杆芯、喷油器孔芯以及螺柱孔芯共6种砂芯，如图2所示。

图2 砂芯组件图

在制芯工艺上，旧工艺的6种砂芯均为手工自硬砂制芯，新工艺6种砂芯全部为热芯盒制芯；在造型工艺上，旧的造型工艺采用呋喃树脂自硬砂造型，新的造型工艺采用碱性树脂自硬砂造型；熔炼上采用电炉熔炼工艺，浇注温度为1360～1365℃。

2 缺陷特征

在初次工艺验证时，浇注后铸件出现集中气孔缺陷，铸件气孔缺陷率高达60%，气孔位置主要集中在缸盖顶面的大平面，如图3所示。将缸盖解剖之后,在大平面对应的位置下方出现皮下气孔如图4。

图3 气孔缺陷

图4 皮下气孔

3 原因分析

铸型在液体金属的热作用下，会产生大量的气体，其气体来源有：（1）型腔和型砂孔隙中原有的空气受热膨胀，通常在铸铁浇注温度下体积也要增加四五倍；（2）铸型尤其是湿型存在较多的水分，在金属液的热作用下水分汽化和迁移，水由液态转变成1300℃的过热蒸汽时体积膨胀达7000多倍；（3）粘结剂、附加物和杂质中有机物质受热、分解与燃烧，产生大量气体；（4）无机物受热分解等也会产生许多气体；（5）金属液与铸型界面由于化学反应会产生气体[1]。因此，减少砂型（芯）在浇注时的发气量,同时气体能及时从砂型（芯）中排出，是防止气孔产生的主要措施。

经过对该气缸盖铸造过程的追溯及与旧铸造工艺不同点进行对比，结合浇注过程及铸件气孔缺陷特征，从排气机构、浇注系统、原辅材料质量、参数设置等可能会造成气孔缺陷的工艺参数进行分析，最终认为该缺陷主要原因是型腔和砂芯的气体无法及时排除型外。审核生产工艺，发现存在以下问题。

3.1 砂芯对气孔的影响

该气缸盖旧工艺的所有砂芯制芯均采用手工自硬砂制芯，所有砂芯都埋有芯骨，均有排气通道。以气道芯为例，砂芯内的气体经过排气通道由上型的出气孔排出型腔，如图5所示。水夹层芯由于结构复杂，在制芯时用退过火的铁丝在芯骨模板上弯制成所需形状的芯骨。在芯骨上缠绕导火线并引至出砂孔芯头处，制芯时将芯骨埋入，制芯完成后，点燃导火线，使砂芯内形成空腔以便于砂芯排气。

图5 气道芯排气通道

新工艺的所有砂芯均采用耐高温覆膜砂热芯盒制芯工艺，而且砂芯内部没有排气的通道，尤其是水夹层芯非常厚大，且厚大部位与铸件产生气孔的位置相对应，如图6为割开后的水夹层芯，砂芯厚大且无排气通道。由于制芯工艺完全不同，因此，砂芯排气不畅成为形成气孔缺陷的主要原因之一。

图6 热芯砂芯厚大且无排气通道

在首批生产样件时，除了在进、排气道以及挺杆芯的芯头钻排气孔外，其余砂芯均无排气通道。

3.2 内腔形状对气孔的影响

根据铸件的外形特征发现，上型腔高点处的形状是一个大平面。上型板出气针的位置经计算，出气针的截面积总和要小于内浇口的截面积总和，且大平面处的出气针分布较少,型腔和型砂孔隙中原有的空气受热膨胀后无法及时排除型腔，就会堆积在水夹层芯与上型腔间的大平面处而形成气孔。因此，型腔内气体不易排出成为形成气孔缺陷的主要原因之一。

3.3 涂料对气孔的影响

该气缸盖旧工艺中所有砂芯浸涂福士科水基涂料，而新工艺则浸涂杜伦斯水基涂料。杜伦斯涂料较福士科涂料发气量大，因此，涂料发气量不同同样是产生气孔的可能原因之一。

3.4 砂芯及砂型烘干对气孔的影响

在第一批样件生产时，第一次烘干砂芯时只烘干气道芯，第二次整体烘干时，升温到200℃，保温120min。砂芯浸完涂料之后需要进行烘干，确保砂芯以及涂料层中水分含量低，否则浇注时，水分蒸发产生大量的气体，易形成气孔；同时，烘干不能出现过烧现象，否则，铸件将会出现粘砂、夹砂等缺陷。因此，砂型（芯）烘干参数的不合理设置同样是铸造缺陷产生的原因之一。