170氣缸蓋漏水分析與改進

耿國芳，丁富才，季順業(yè)，張慶普，李偉濤，張行河（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261061）

170氣缸蓋漏水分析與改進

耿國芳，丁富才，季順業(yè)，張慶普，李偉濤，張行河（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261061）

針對170氣缸蓋漏水缺陷進行統(tǒng)計與分析，主要為左側(cè)挺桿孔、前導管孔縮松及左側(cè)面砂眼造成漏水，熔煉工藝從提高原鐵液碳當量、減少生鐵使用比例等減少鑄件縮松傾向，造型工藝從增加冷鐵使用、去除出氣片、人工刷涂激冷涂料提高縮松位置冷卻速度及修改工裝減少擠砂、沖砂等措施，有效降低鑄件縮松、砂眼缺陷，鑄件漏水率明顯下降。

碳當量；冷卻速度；漏水

170系列柴油機是濰柴動力中速機類產(chǎn)品，氣缸蓋屬單體、四氣門HT250材質(zhì)灰鑄鐵鑄件，輪廓尺寸為332 mm×225 mm×200 mm，毛坯質(zhì)量57 kg。170氣缸蓋采用中頻電爐熔煉工藝，澆注溫度1 400 ℃～1 420 ℃，造型采用潮膜砂造型工藝，每箱4件，階梯型澆注系統(tǒng)，底注內(nèi)澆道緊貼著大皮芯從底部進入鑄件型腔，中注內(nèi)澆道從分型面進入型腔。

鑄件加工后經(jīng)打壓試漏，漏水率達2.20%，占到外部廢品率的95.2%。漏水缺陷主要集中在左側(cè)挺桿孔、前導管孔和左側(cè)面（依次對應(yīng)位置如圖1所示1、2、3）。

1 缺陷分析

1.1 缺陷取樣電鏡分析

利用EVO18掃描電鏡對3個位置漏水缺陷進行電鏡觀察和電鏡能譜分析，其中漏水1、2位置試樣分析結(jié)果如圖2所示，漏水位置位于鑄件尺寸厚大處，缺陷呈現(xiàn)晶間縮松形成顯微縮松特征[1]，為縮松缺陷；漏水位置3試樣分析結(jié)果如圖片3所示，外形呈現(xiàn)明顯的砂粒狀，成份中主要為Si元素，判定為型砂砂眼缺陷。

圖1 漏水位置

圖2 試樣1、2電鏡分析結(jié)果

圖3 試樣3電鏡分析結(jié)果

1.2 缺陷形成原因分析

1.2.1 熔煉工藝

鐵液成分是影響鑄件品質(zhì)的主要因素，當澆注鐵液碳當量下降時，鑄件縮松傾向加劇[2]。統(tǒng)計現(xiàn)場的生產(chǎn)記錄（見表1），發(fā)現(xiàn)出鐵過程中，最后1次檢測鐵液成分與鐵液出火時間差超過0.5小時以上，按鐵液碳元素在電爐內(nèi)保溫時燒損規(guī)律，每0.5小時碳燒損0.04%～0.06%，但保溫期間未進行二次補碳工藝，易導致鑄件碳含量偏工藝下限。

其次，鐵液中微量元素含量偏高會影響鐵液的補縮能力及流動性，如P元素含量偏高，易形成磷共晶導致鐵液補縮能力下降，微量元素主要來自生鐵和廢鋼，而氣缸蓋在配料中生鐵比例要高于其它鑄件。

表1 鐵液最終檢測與出火時間差

1.2.2 造型工藝

如圖4所示，為減少氣孔缺陷，左側(cè)挺桿孔上部增加厚度為3 mm出氣片，因其直接與左挺桿孔厚大部位連接，易導致鐵液冷卻速度變慢，相應(yīng)的位置易出現(xiàn)縮松問題。

圖4 上蓋芯出氣片

圖5 為缸蓋砂芯芯組結(jié)構(gòu)，挺桿孔（位置1）尺寸為40 mm，尺寸厚大，且周圍由厚大砂芯包圍，散熱慢，造成其冷卻速度慢，易出現(xiàn)縮松缺陷[3]；前導管孔（位置2）尺寸為35 mm，相比其它3個導管，周期由多層砂芯環(huán)抱，易造成前導管孔鐵液散熱慢，易出現(xiàn)縮松缺陷。

圖5 縮松位置

左側(cè)面砂眼漏水的主要原因有：①如圖6所示內(nèi)澆道口為直角，造型起模后砂型易出現(xiàn)疏松，在下芯過程中易出現(xiàn)擠砂等問題，造成澆注沖砂形成砂眼；②如圖7所示靠近過濾網(wǎng)側(cè)內(nèi)澆道與過濾網(wǎng)之間吃砂量僅12 mm，起模后出現(xiàn)砂型疏松，造成澆注時鐵液沖砂，形成砂眼缺陷。

圖6 擠砂缺陷位置

圖7 擠砂缺陷

圖8 冷鐵位置

2 改進措施

2.1 熔煉工藝

調(diào)整電爐熔煉原鐵液碳當量，將碳當量工藝范圍由3.85%～3.90%改為3.90%～3.95%，同時縮小碳含量的工藝控制范圍，提高原鐵液碳當量的穩(wěn)定性。

同時對于易引起微量元素波動的生鐵，工藝加入比例由15%下降至5%，減少微量元素增多造成的鐵液補縮能力下降，從而減少縮松缺陷產(chǎn)生機率。

重新制定原鐵液成分取樣頻次要求，規(guī)定最后一次鐵液檢測成分距出鐵時間差不得超過20分鐘，從而減少碳元素的燒損，減少縮松機率的產(chǎn)生。

2.2 造型工藝

2.2.1 針對縮松缺陷

優(yōu)化工裝結(jié)構(gòu)，將上蓋芯上與左側(cè)挺桿孔相聯(lián)通的出氣片去除，增加挺桿孔澆注后冷卻速度；其次，在前導管孔、左側(cè)挺桿孔內(nèi)增加尺寸為10 mm冷鐵（如圖8所示），提高縮松位置的冷卻速度，減少縮松缺陷產(chǎn)生的機率，避免形成漏水缺陷。

同時針對挺桿孔與前導管孔縮松問題，如圖9所示，在相應(yīng)的位置人工刷涂激冷涂料，加快澆注后鑄件的冷卻速度，減少縮松產(chǎn)生機率。

圖9 激冷涂料

圖10 砂胎增加傾斜角

2.2.2 針對砂眼缺陷

（1）優(yōu)化型板工裝，將16個內(nèi)澆口與砂芯連接位置由直角改為傾斜角（如圖10所示），提高砂型造成時的緊實率及強度，避免下芯過程中出現(xiàn)擠砂、澆注過程中鐵液沖砂形成的砂眼缺陷；

（2）優(yōu)化靠近過濾網(wǎng)位置內(nèi)澆道處尺寸與形狀（如圖11所示），首先，將過濾網(wǎng)底座處工裝的拔模斜度由1度改為10度，其次，將過濾網(wǎng)與內(nèi)澆道處砂胎的吃砂量由12 mm增加到16 mm，提高砂胎的強度與緊實度，避免鐵液澆注過程中沖砂形成的砂眼缺陷。

圖11 工裝改動位置及尺寸

圖12 改進效果圖

3 改進結(jié)果

（1）沖砂位置砂胎強度得到提高，解決了沖砂形成砂眼問題，改進后未再出現(xiàn)左側(cè)面砂眼漏水缺陷；

（2）左側(cè)挺桿孔與前導管位置漏水數(shù)量明顯降低，統(tǒng)計改進后的效果如圖12所示，漏水率由2.20%降低到0.46%以內(nèi)。

4 結(jié)語

（1）通過提高鐵液碳當量、減少鐵液中的微量元素及碳元素的損失，可有效的減少厚大位置縮松缺陷的產(chǎn)生；

（2）冷鐵、激冷涂料可有效減少鑄件厚大部位縮松缺陷的產(chǎn)生機率；

（3）提高砂胎的緊實度與強度，可有效的減少鐵液澆注過程中的沖砂問題，降低砂眼缺陷。

[1] 鄭洪亮，田衛(wèi)星，孫建俊，等.球墨鑄鐵縮松形成機理研究的現(xiàn)狀[J]. 鑄造，2015，54(11)：1063-1064.

[2] 陸文華，李隆盛，黃良余. 鑄造合金及其熔煉[M]. 機械工業(yè)出版社,1997:44.

[3] 王文清，李魁盛. 鑄造工藝學[M].機械工業(yè)出版社,1998:217.

[4] 程俊偉,郭亞輝,龔出群,等. 柴油機汽缸蓋滲漏缺陷成因分析及對策[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2009(2).

[5] 陳世崗. 柴油機氣缸蓋縮松的控制[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2002(1).

業(yè)界資訊 Information

中國藝術(shù)鑄造第十一屆年會成功舉辦

由中國鑄造協(xié)會主辦，中國鑄造協(xié)會藝術(shù)鑄造分會承辦，山西宇達青銅文化藝術(shù)股份有限公司協(xié)辦，山西省鑄造協(xié)會提供支持的“中國藝術(shù)鑄造第十一屆年會”于2016年10月17日—19日在山西運城市成功舉辦。此次年會的主題是“交流分享與創(chuàng)新轉(zhuǎn)型”。

中國鑄造協(xié)會執(zhí)行副會長支曉恒、 運城市委常委、宣傳部長王志峰，中國鑄造協(xié)會藝術(shù)鑄造分會副理事長詹紹思，以及來自全國各地的專家學者、藝術(shù)鑄造廠家、材料供應(yīng)商代表近百余人參加了本屆行業(yè)盛會。

目前，我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，文化產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展，藝術(shù)鑄造行業(yè)企業(yè)正面臨著新機遇、新挑戰(zhàn)。如何在新的形勢下創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型、升級，實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展，已成為藝術(shù)鑄造行業(yè)企業(yè)關(guān)注的熱點問題。本次會議宇達、晨光、桐青、華藝、華日、新九鼎七家中國藝術(shù)鑄造行業(yè)的龍頭企業(yè)以視頻的方式，分享了企業(yè)的經(jīng)典案例和精彩作法。武漢工控藝術(shù)等四家企業(yè)以ppt的方式展示了企業(yè)的成就和風采 。同時進行了熱烈務(wù)實的交流，就行業(yè)數(shù)字化制造技術(shù)創(chuàng)新，“互聯(lián)網(wǎng)+”電商，行業(yè)人才及員工隊伍建設(shè)，新形勢下的轉(zhuǎn)型等縱論行業(yè)發(fā)展，謀求創(chuàng)新轉(zhuǎn)型。

與會代表重點參觀了國家文化產(chǎn)業(yè)示范基地山西宇達青銅文化藝術(shù)股份有限公司的青銅文化產(chǎn)業(yè)園和生產(chǎn)線。代表們不僅感受到了青銅藝術(shù)的美侖美奐，溢彩流光，藝術(shù)之于心靈的巨大震撼，也感受到了3D打印制造、七軸機器人的科技創(chuàng)新的生命力。

本屆年會以文件的形式發(fā)布了藝術(shù)鑄造分行業(yè)“十三·五”發(fā)展規(guī)劃。其指導思想是以藝術(shù)為先導，以技術(shù)為依托，提升產(chǎn)品的文化、藝術(shù)和技術(shù)內(nèi)涵，通過藝術(shù)與文化、藝術(shù)與技術(shù)、文化和技術(shù)，傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合，加快行業(yè)建設(shè)步伐，增強行業(yè)自身實力，堅持可持續(xù)發(fā)展方向，攀登藝術(shù)鑄造的新高峰，全面走向國際市場。其發(fā)展路線首先是行業(yè)結(jié)構(gòu)的深化調(diào)整、其次扎實現(xiàn)代化的管理模式，穩(wěn)步提高企業(yè)管理水平、第三積極推行數(shù)字化制造技術(shù)，建設(shè)科技型企業(yè)和行業(yè)，此外，還要積極開展員工專業(yè)教育，提升全行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)水平；強化相關(guān)學科行業(yè)的聯(lián)系與交流，提升產(chǎn)品技術(shù)素質(zhì)和創(chuàng)新能力；加強與國際間的交流，取長補短，不斷拓展國際市場等。

本屆年會藝術(shù)鑄造分會副理事長詹紹思介紹了《藝術(shù)鑄造發(fā)展史（現(xiàn)代卷）》編寫情況。將分為以下幾個階段：1）戰(zhàn)亂后的艱難起步（1949-1965）；2）文革時期的跌宕（1966-1975）；3）改革開放帶來的復興（1976-1995）；4）世紀交替時期的騰飛（1996-2010）；5）走向新的輝煌（2011-2015）。至2016年9月中旬，從粗到細已經(jīng)完成了2萬字的編寫，下一步進行深入細化。盡量做到使得這部行業(yè)史書有血有肉，完整、全面、客觀、公正。（胡春良 供稿)

Analysis and prevention of leakage defect of 170 cylinder head

GENG GuoFang，DING FuCai，JI ShunYe，ZHANG QingPu，LI WeiTao，ZHANG XingHe
（Weichai Power(Weifang) Casting Co., Ltd., Weifang 261061, Shandong, China）

Statistical data and analysis indicate that the 170 cylinder head leakage defect is mostly by reasons of shrinkage defect in nearside tappet hole and foreside valve guide hole and sand inclusion at left side. According to increasing carbon equivalent of base iron、decreasing pig iron proportion、using frozen iron and quick-cooling coating、removal of vent piece and optimizing molds, the shrinkage and sand inclusion defects are effectively decreased, and the leakage rate of the casting is controlled.

Carbon equivalent；Cooling speed； Leakage defect

TG251；

A；

1006-9658（201 6）06-001 9-04

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.06.006

2016-04-22

稿件編號:1604-1348

耿國芳（1980—），女，工程師，主要研究方向為潮膜砂鑄鐵工藝.