改善4G1缸體機械加工性能研究

姜勇

(哈爾濱東安汽車動力股份有限公司,黑龍江哈爾濱 150066)

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改善4G1缸體機械加工性能研究

姜勇

(哈爾濱東安汽車動力股份有限公司,黑龍江哈爾濱 150066)

摘要：4G1缸體用于東安汽車發(fā)動機制造有限公司生產(chǎn)的1.3～1.6 L發(fā)動機。在4G1缸體研制開發(fā)過程中，其產(chǎn)品質(zhì)量特別是機加性能較差，還需進(jìn)一步提高。針對機加過程中關(guān)鍵工序刀具使用壽命，積極尋找刀具磨損原因。通過分析比較昆山（豐田）鑄造工藝，不斷進(jìn)行相關(guān)試驗，摸索出最佳熔煉工藝，使4G1缸體機加性能大大改善，滿足了機加工要求。

關(guān)鍵詞：4G1缸體;機加性能;Si/C比;鑄件

稿件編號:1512- 1170

0 前言

4G1系列氣缸體（包括4G13、4G18、4G15T及4G15M2等機型）屬日本三菱公司1.3L～1.6L系列產(chǎn)品，為目前東安汽車動力股份有限公司某鑄造車間主要生產(chǎn)件號。該產(chǎn)品具有20世紀(jì)國際90年代先進(jìn)水平，特別是黃金排量的476Q系列市場需求更是據(jù)高不下，隨著合資三菱公司的生產(chǎn)增量，市場競爭日益激烈，對4G1產(chǎn)品的品質(zhì)要求不斷提升，這給我們帶來極大的壓力，進(jìn)一步提高機加合格率和改善其機械加工性能已經(jīng)迫在眉睫！

1 4G1產(chǎn)品機械加工性能

1.1 前景展望

目前我車間生產(chǎn)的主導(dǎo)產(chǎn)品為4G1系列氣缸體，材料為FCA101S（接近目標(biāo)牌號HT250），供給東安合資三菱發(fā)動機制造公司4G1生產(chǎn)線，其工裝、刀輔具均為進(jìn)口，加工自動化程度高，高速加工。采用昆山（豐田）缸體加工，自動線能高效率生產(chǎn)出高品質(zhì)的缸體，而采用我車間的缸體加工時，因鑄件材料加工性能差，刀具使用壽命僅為昆山的40%，降低了生產(chǎn)效率，顯著增加刀具損耗，引起了加工廠的抱怨，強烈要求改善鑄件加工性能。

為此，鑄造分廠組織成立238車間攻關(guān)小組，針對4G1機械加工性能改善項目開展技術(shù)攻關(guān)。攻關(guān)目標(biāo)要求缸體鑄件的機加工性能達(dá)到高速機加性能水平。為切實明確自身攻關(guān)任務(wù)，我們針對影響機加性能比較顯著的刀具壽命與昆山作了如表1所示比較。

表1 東安與昆山刀具使用壽命比較

從表1數(shù)據(jù)可以看出，我們面臨的任務(wù)十分嚴(yán)峻。因此，我們從2006年底就開始了調(diào)查研究。

2 調(diào)查與研究

為了找出與昆山缸體在性能上差距的問題所在，鑄造分廠和車間組織相關(guān)人員赴昆山（豐田）鑄造公司參觀學(xué)習(xí)。從昆山學(xué)習(xí)回來，我們結(jié)合自身的工藝特點，同時對東安和昆山的4G1缸體在化學(xué)成分、力學(xué)性能及金相組織硬度上作了大量的比較分析和研究，找出存在的主要原因和差距。

(1)鑄件材料合金元素比例不佳，易造成合金偏析，不利于機械切削。

表2 東安與昆山化學(xué)成分比較

從表2數(shù)據(jù)可以看出，原始工藝存在化學(xué)成分波動范圍大，特別某些白口傾向性元素Mn、Cr范圍大，這樣對穩(wěn)定鑄件組織性能極為不利，另外對有明顯改善切削性能的S基本上沒要求，因為灰鑄鐵中加入一定量的S來改善孕育效果和石墨形態(tài)[7]。

(2)孕育處理效果不好，主要是孕育劑使用不當(dāng)。

表3 東安與昆山孕育劑比較

孕育處理是提高氣缸體薄壁類鑄件機械加工性能的重要途徑，表3比較看出，昆山在75-Si的基礎(chǔ)上加入C-Si孕育劑進(jìn)行復(fù)合孕育，有明顯改善孕育效果[4]。而事實證明,我們東安4G1缸體使用的復(fù)合孕育劑不滿足需要。

表4 日本（R1）、昆山(K5、K6)與東安(D)缸體化學(xué)成分比較

表5 日本（R1）、昆山(K5、K6)與東安(D)缸體力學(xué)性能比較

(3)金相組織及力學(xué)性能，昆山鑄件不論是力學(xué)性能還是金相組織硬度上都要優(yōu)于東安缸體鑄件[1]。

昆山鑄件化學(xué)成分上高的Si/C比和成分穩(wěn)定性對其力學(xué)性能的提高和穩(wěn)定有直接影響，見表4、表5。但過高的Si/C比雖然增加了強度，但也降低了加工性能[6]，所以后期我們調(diào)整Si/C在0.55～0.65之間，后期經(jīng)過實驗驗證效果比較好。

圖1是東安與昆山鑄件石墨形態(tài)的比較，圖2是東安與昆山鑄件組織形態(tài)比較。

圖1 東安與昆山鑄件石墨形態(tài)比較

圖2 東安與昆山鑄件組織形態(tài)比較

3 試制工作開展

通過與昆山工藝方案及鑄件組織性能進(jìn)行比較后，我們從2006年12月開始到2007年6月底，通過不斷改進(jìn)鑄造工藝，前后進(jìn)行了5次綜合試制，試制期間還進(jìn)行了一些工藝過程及工裝的改進(jìn)，通過為期半年的攻關(guān)試制工作，結(jié)合車間自身特點，逐步完善形成適合車間實際的新工藝。

(1)爐前化學(xué)成分范圍縮小。

表6 前后化學(xué)成分

(2)孕育劑變更。

表7 前后孕育劑比較

(3)爐前持續(xù)增碳。

目前車間正常出水在11～14包次/爐，我們采用每次打水后往爐內(nèi)添加增碳劑的方式，補充正常的C%燒損量（經(jīng)試驗分析得出正常出水下每包次間隔內(nèi)C%燒損為0.01%～0.02%之間），見表8。

表8 爐前追加增碳列表

(4)加強現(xiàn)場過程控制：引進(jìn)爐前鐵液秤，控制每包鐵液孕育量，穩(wěn)定孕育效果；引進(jìn)爐前C/Si分析儀，結(jié)合光譜儀檢測爐前化學(xué)成分雙保險；引進(jìn)高精度無線測溫槍，嚴(yán)格控制每包鐵液的澆注溫度，穩(wěn)定鑄件冷卻度。

(5)工藝工裝的改進(jìn)：改進(jìn)澆口杯形狀及位置，提高工人可操作性，穩(wěn)定澆注狀態(tài)，進(jìn)而穩(wěn)定鑄件組織形態(tài)；改進(jìn)澆包口尺寸，控制其質(zhì)量要求，提高澆注速度，降低鑄件白口傾向。

(6)其它方面：對模具進(jìn)行修理，減少其飛邊毛刺和加工余量，盡量減小刀具摩擦作用力，從而減少其磨損量；砂芯局部不施涂料（如4G1端芯水泵孔不涂涂料后該處刀具使用壽命從200件/刃提高到300件/刃）。

通過上述試制改進(jìn)措施，2007年第三、四試制1200件送加工缸筒珩磨統(tǒng)計713件/刃，是原來的1.5倍！目前4G1缸體的機加性能已得到顯著改善。

表9 改進(jìn)前后刀具使用壽命比較

圖3是 改進(jìn)后金相組織及石墨形態(tài)。

圖3 改進(jìn)后金相組織及石墨形態(tài)

從表11數(shù)據(jù)可以看出，4G1機加水平已基本趕上昆山，但是仍然有一定差距，我們分析主要是現(xiàn)場過程控制及人員質(zhì)量意識還要進(jìn)一步加強，另外如人、機、料、法、環(huán)中的環(huán)境、設(shè)備影響也不容忽視，所以后期要對現(xiàn)場的工藝更加細(xì)化，對設(shè)備、環(huán)境的變動加入到工藝控制文件中，做到現(xiàn)場可控。

4 綜合效益

通過攻關(guān)小組及相關(guān)人員的努力，4G1系列缸體鑄件機加性能得到了很大的改善，除了為車間質(zhì)量形勢緩解壓力外，因使用新材料成本比原來節(jié)約7.06元/件（折算熔化所有投入原材料后），這樣按4G1系列年產(chǎn)11.8萬件算（內(nèi)部投產(chǎn)），一年成本節(jié)約118 000件×7.06元/件=83.3萬元。

5 結(jié)論

4G1缸體是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸精度高，冶金性能要求高的鑄件。我們通過學(xué)習(xí)比較國內(nèi)一流鑄造廠現(xiàn)場工藝控制，分析其生產(chǎn)鑄件與我們缸體組織及力學(xué)性能差異，不斷自我試驗及改進(jìn)工藝、試制，經(jīng)生產(chǎn)驗證，效果明顯，大大改善了鑄件的機加性能。我們發(fā)現(xiàn)在保證產(chǎn)品技術(shù)條件下，改善缸體鑄件機加性能有以下幾點關(guān)鍵因素：

（1） 鑄件材料性能穩(wěn)定需要細(xì)化化學(xué)成分范圍，選擇好并組合好合金化元素。

（2） 改善鑄件切削性能十分重要的一環(huán)是采取有效的孕育材料和孕育工藝。選用Ca、Ba基孕育劑要優(yōu)于傳統(tǒng)的75SiFe孕育劑，同時相對使用稀土孕育劑還有較高的性價比。

（3） 穩(wěn)定鐵液中化學(xué)成分，防止合金元素?zé)龘p。控制澆注溫度，降低過冷度，目的減少鑄件白口傾向和E型石墨產(chǎn)生。

（4） 孕育處理時鐵液、孕育劑要準(zhǔn)確計量，保證孕育效果。

（5） 通過減小鑄件表面加工余量，改變局部結(jié)構(gòu)砂芯涂料工藝，降低刀具切削時磨損量。

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Study on improving the processing performance of 4G1 cylinder block

JIANG Yong
（Harbin Dongan Auto Engine Co., Ltd.，Harbin 150066，Heilongjiang,China）

Abstract:4G1 cylinder block used to match the production of DAE(Dongan Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd) 1.3～1.6 L engine. In the process of research and development of 4G1 cylinder block, its product quality, especially the poorer processing performance, need to further improve. According to statistics the tool life of key working procedure in machining process, actively looking for the factors of tool wear. By comparing the casting process of Kunshan TOYOTA, carrying out related experiment, to fi nd out the best smelting technology. This can make 4G1 cylinder block processing performance be greatly improved, and to meet the processing requirements.

Keywords：4G1 cylinder block; processing performance; Si/C; casting

中圖分類號：TG250；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）02-0034-04

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.02.011

收稿日期:2015- 12- 25

作者簡介：姜勇(1975—)，男，高級工程師，從事鑄造專業(yè)技術(shù)研究、開發(fā).