復雜箱體類鑄件的生產(chǎn)

楊恒遠，畢海香，張聚輝，董志鵬，于建忠

（濰柴重機股份有限公司，山東濰坊261108）

復雜箱體類鑄件的生產(chǎn)

楊恒遠，畢海香，張聚輝，董志鵬，于建忠

（濰柴重機股份有限公司，山東濰坊261108）

以某前端箱體為例，介紹了復雜箱體類鑄件生產(chǎn)過程中遇到的典型缺陷，并通過對缺陷的分析，制定工藝改進方案，從而提高鑄件的成品率，提升客戶滿意度。

箱體鑄件；缺陷；工藝改進方案；成品率

復雜箱體結(jié)構(gòu)鑄件，由于內(nèi)部存在許多縱橫交錯的油路、水路，所以其鑄造難度非常大，給鑄造生產(chǎn)帶來很大的困難，甚至有的鑄件長期成品率較低[1]。本文主要以某型前端箱體為例，對復雜箱體鑄件的生產(chǎn)過程中遇到的典型缺陷進行分析并制定改進措施。

1 簡介

某型前端箱體是我公司引進的戰(zhàn)略產(chǎn)品，其內(nèi)腔結(jié)構(gòu)十分復雜，且需要進行水壓、氣壓試驗，質(zhì)量要求非常高。

該前端箱體屬于復雜箱體類鑄件（見圖1），采用堿性酚醛樹脂砂工藝進行生產(chǎn)。材質(zhì)為HT300，毛坯重量約700kg，輪廓尺寸為1196mm×800mm× 586mm，其內(nèi)腔由30余個砂芯組成上、中、下三層相通或不相通的油路和水路，主要壁厚為10mm.

在鑄造生產(chǎn)驗證過程中鑄件存在氣孔、砂眼、冷隔、偏芯等缺陷，成品率較低。

2 原因分析及工藝改進

2.1 氣孔

圖1 前端箱體

金屬液在凝固過程中，陷入金屬中的氣泡在鑄件中形成的孔洞，稱之為氣孔。氣孔形成的原因基本上是由于在金屬液凝固時鑄件上某一部位的局部氣體壓力超過了金屬液的壓力。氣體總是順著阻力最小的通路流動，因而，它通常都朝著鑄件的上部移動。氣孔又稱氣眼、氣泡，是鑄造生產(chǎn)中常見的鑄件缺陷之一。

對所有的氣孔缺陷來說，有兩種可行的解決辦法：1）改變某些因素，以減少發(fā)氣量或氣體壓力；2）在發(fā)氣量不變的情況下，采取措施使氣體容易逸出，或提高壓力，在氣體構(gòu)成缺陷之前，使氣體從原有的出氣孔中排出。有時，氣孔問題十分嚴重，必須同時采用上述兩種方法[2]。

在實際生產(chǎn)驗證過程中，該前端箱體出現(xiàn)的氣孔缺陷均位于鑄件頂面，見圖2.

圖2 氣孔缺陷

通過對鑄件結(jié)構(gòu)及缺陷出現(xiàn)位置的分析，認為造成氣孔缺陷的主要原因包括：1）砂芯制芯采用堿性酚醛樹脂砂工藝生產(chǎn)，發(fā)氣量大；2）鑄件結(jié)構(gòu)復雜，砂芯數(shù)量多，而且大部分砂芯都被包裹在鐵液中，砂芯的出氣孔少，同時設計時排氣面積不足，砂芯中的氣體難以排出；3）澆口杯借用其他鑄件澆口杯，僅僅起到承接鐵液的作用，鐵液壓頭不足；4）澆注溫度偏低。

針對上述問題，進行了分析和改進：1）砂芯制芯工藝受工藝裝備的限制，不可能改變，雖然前端箱體鑄件結(jié)構(gòu)復雜，但砂芯也可分為相對復雜和結(jié)構(gòu)簡單的砂芯，對相對復雜的砂芯，為了保證砂芯強度，樹脂加入量不調(diào)整，但針對結(jié)構(gòu)簡單的砂芯，適當降低樹脂加入量，以減少發(fā)氣量，即不同砂芯，采取不同的樹脂加入量；2）增加砂芯的出氣孔，在砂芯制芯過程中，砂芯的芯骨部位纏繞通氣繩（見圖3），以保證砂芯內(nèi)部的氣體及時逸出，同時增大排氣面積，保證砂芯中氣體的順利排出；3）制作專用澆口杯，保證鐵液壓頭；4）提高澆注溫度，由原先的1 375℃～1 385℃提高至1 390℃～1 400℃.

圖3 芯骨纏繞通氣繩

經(jīng)過改進，氣孔缺陷得到顯著改善。

2.2 砂眼

鑄件表面或內(nèi)部包容著砂粒的孔穴，稱之為砂眼缺陷。砂眼缺陷也是鑄造生產(chǎn)中常見的缺陷之一。前端箱體的砂眼缺陷主要出現(xiàn)在砂型底部，造成鑄件缺料，見圖4.

圖4 砂眼缺陷

對前端箱體生產(chǎn)過程進行跟蹤，認為砂眼缺陷出現(xiàn)的原因包括：1）澆注系統(tǒng)受鐵液的長時間沖刷導致；2）型腔內(nèi)砂粒未清理干凈。

針對上述原因，進行以下改進：1）澆注系統(tǒng)由砂型和砂芯組成改為由陶管組成，這就避免了澆注系統(tǒng)長時間在鐵液的沖刷下會從砂型或砂芯上面沖刷下砂粒并帶入鑄型中；2）由于前端箱體內(nèi)腔砂芯多，下芯過程中很難避免砂芯之間的摩擦，這就有可能導致型腔內(nèi)出現(xiàn)砂粒，而由于砂芯多且分為上、中、下三層，砂粒很難從最下層的型腔中清理，因此，對下芯順序進行優(yōu)化改進，并對吹凈型腔的方向進行了規(guī)定，確保型腔中的砂子能夠吹到容易清理的部位，同時借用內(nèi)窺鏡在下芯完成后對鑄件型腔進行檢查，保證內(nèi)腔的干凈（見圖5）.

圖5 內(nèi)窺鏡檢查型腔

采取措施后，砂眼缺陷得到解決。

2.3 冷隔

鑄件表面或內(nèi)腔上出現(xiàn)沒有熔合、穿透的或未穿透的不規(guī)則形狀的縫隙，即冷隔。

冷隔成因主要包括以下幾個方面：

1）澆注系統(tǒng)設計不合理。如直澆口高度不足，直徑小、液態(tài)金屬壓頭不足，使鐵水流量緩慢；

2）澆注速度慢，使鐵水充型緩慢；

3）澆注時漏箱，使?jié)沧⒕徛蛑型緮酀玻?/p>

4）澆注鐵水溫度低，流動性差；

5）澆注鐵水不夠，中途斷澆和補澆；

6）鐵水化學成分設計不合理，鐵水流動性能差[3]。

前端箱體出現(xiàn)冷隔的部位位于中部偏上兩個砂芯之間，見圖6.

圖6 冷隔缺陷

通過分析，認為存在以下問題：1）由于前端箱體設計采用底注式澆注系統(tǒng)，鑄件整體高度較高，當鐵液上升至中部偏上位置后，鐵液的溫度降低較為明顯，導致在中上部兩個砂芯之間的平面上鐵液的不熔合形成冷隔；2）澆注溫度設定為1 375℃～1 385℃，該澆注溫度的設定沿用了其余鑄件的澆注溫度，顯然相對于此類復雜的箱體類鑄件來說，澆注溫度偏低。

針對上述問題，采取下述措施：

1）改進澆注系統(tǒng)，由原先的底注式澆注系統(tǒng)改為階梯式澆注系統(tǒng)（底注加中注），見圖7；2）澆注溫度由原先的1375℃～1385℃提高至1390℃～1400℃.

改進后驗證，冷隔缺陷消除。

圖7 增加內(nèi)澆口

2.4 偏芯

偏芯是指砂芯在金屬液熱作用和充型壓力及浮力作用下，發(fā)生上抬、位移、漂浮甚至斷裂，使鑄件一側(cè)的壁厚減薄或穿透，另一側(cè)加厚，導致鑄件報廢的現(xiàn)象。偏芯又稱抬芯。偏芯主要發(fā)生在內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復雜、砂芯數(shù)量多的鑄件生產(chǎn)過程中。圖8所示為由于偏芯導致鑄件產(chǎn)生透孔現(xiàn)象。

圖8 偏芯缺陷

根據(jù)偏芯出現(xiàn)的位置，分析偏芯形成的原因主要有以下幾個方面[3]：

1）砂芯長度增加時，芯撐數(shù)量偏少；

2）芯骨剛度低，在澆注過程中，砂芯在鐵液的作用下上浮將芯骨頂彎。同時，要考慮芯骨的結(jié)構(gòu)。芯骨除了要求與砂芯形狀相似外，芯骨結(jié)構(gòu)與芯骨剛度有重要的直接關(guān)系，二者是統(tǒng)一的，不能忽視，顧此失彼；

3）澆注系統(tǒng)開設和設置部位不當，內(nèi)澆口直接沖擊芯撐。

針對上述現(xiàn)象，制定以下改進措施：

1）增加芯撐數(shù)量，且保證砂芯的上下都要放置芯撐并對應；

2）芯骨由圓鋼直接更換為螺紋鋼，提高芯骨剛度；

3）調(diào)整內(nèi)澆口位置，控制鐵液的流動方向，確保澆注時鐵液不要直接沖擊芯撐，以防止芯撐沖掉或熔化，喪失支撐能力。

經(jīng)過改進驗證，偏芯缺陷得到徹底杜絕。

3 結(jié)論

復雜箱體類鑄件由于砂芯數(shù)量多且內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復雜，在生產(chǎn)過程中往往會產(chǎn)生氣孔、砂眼、冷隔、偏芯等缺陷。只有對缺陷發(fā)生的現(xiàn)象進行分析，對生產(chǎn)過程進行跟蹤監(jiān)控，才能找到解決問題的方法，并通過工藝改進達到提高鑄件成品率，使客戶滿意的目的。

［1］孫占春，馬曉楓，趙凱，等.復雜箱體鑄件結(jié)構(gòu)工藝性分析[J].鑄造設備與工藝，2010（5）：19-21.

［2］美國鑄造工程師協(xié)會編.鑄件缺陷分析［M］.武達兼，陳嵩生，譯.北京：機械工業(yè)出版社，1982.

［3］林國漢.灰鑄鐵件生產(chǎn)缺陷及防止［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2012.

Production of Complex Box-type Casting

YANG Heng-yuan，BI Hai-xiang，ZHANG Ju-hui，DONG Zhi-peng，YU Jian-zhong
（Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261108，China）

Taking front-end box as an example，this paper introduces typical defects of the complex box type casting in the production process.Process improving plans were made through the analysis of the defects.Thereby the casting yield was increased significantly and the customer satisfaction was improved.

box type casting，defect，process improving plan，casting yield

TG250.6

A

1674-6694（2017）01-0025-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.01.009

2016-10-29

楊恒遠(1982-)，男，工程師，主要從事鑄造工藝開發(fā)。