柴油機氣缸蓋鑄造缺陷改進方案

朱艷華

（廣東荻賽爾機械鑄造股份有限公司，廣東 梅州 514600）

氣缸蓋是柴油機的關鍵部件之一，其中CS21型氣缸蓋對比其他型號氣缸蓋結構形狀復雜，鑄件壁厚要薄，鑄造難度大。材質為QT400-15，機械性能驗收應符合表1.要求鑄件水腔經受1 MPa壓力，歷時20 min的水壓試驗，無滲漏、冒汗現象。

表1 氣缸蓋材料的機械性能

該型號氣缸蓋經常出現以下缺陷：a）由于內腔通道彎曲復雜，澆注過程中氣體不易順暢排除，容易出現噴水導致氣孔；b)壁厚相差大，厚大部位容易出現疏松，影響氣缸蓋的氣密性，如圖1，解剖發(fā)現高壓油管孔近噴油器孔處常發(fā)現疏松缺陷。在裝機試驗中，也常有發(fā)現潤滑油泄露，耗費人力物力，并影響裝機交貨。

1 缺陷分析

ProCAST軟件已廣泛運用于鑄造工藝的模擬分析中，為工藝設計提供有效的參考，避免反復試制造成的損失和時間的浪費。柴油機CS21氣缸蓋原工藝澆注系統(tǒng)為底注式，1直、1橫、3內，如圖2，冒口為頂冒口，采用FOSECO保溫冒口，4個氣閥孔處為內冷鐵，底平面一塊隨型冷鐵。

運用PROCAST軟件鑄造工藝仿真模擬技術，對原工藝澆注系統(tǒng)進行模擬，凝固結果、缺陷預測情況如圖3，從圖3a）和圖3c）可以看出，由于鑄件壁薄，結構熱節(jié)比較多，主要分布在高壓油管孔和噴油孔，螺栓孔等處，這些熱節(jié)較分散，單一靠冒口補縮無法解決。

對比實際解剖情況，高壓油管孔處的缺陷和模擬結果基本相符，圖1為實際解剖缺陷位置，圖4為模擬缺陷位置。

2 改進方案

從模擬結果分析看，原工藝的澆注系統(tǒng)設計較合理，充型過程的液面平穩(wěn)、無渦流、型內流速低，充型后溫度場正常，所以不對澆注系統(tǒng)做修改，改進從以下幾個方面入手：

1）因冒口下方的高壓油管孔存在嚴重縮孔缺陷，說明冒口補縮能力不足，將冒口改大，由原φ120×240改為φ180×240，冒口頸由φ60改為φ100.

圖1 高壓油管孔近噴油器孔處發(fā)現疏松缺陷

圖2 原工藝澆注系統(tǒng)建模圖和實物澆注系統(tǒng)照片

圖4 模擬缺陷位置

圖5 工藝改進方案建模示意圖

圖6 工藝改進后凝固情況模擬

2）原氣閥孔處4件內冷鐵直徑較小，激冷作用不強，而且配箱操作相對復雜，在改進工藝中取消，將原噴油器孔砂芯改為內冷鐵，增加激冷效果，為保證上水腔砂芯出氣通暢，將內冷鐵鉆孔排氣。

3）在回油孔、排氣道螺栓孔處增加冷鐵，降低該處出現缺陷的風險。

工藝改進后方案如圖5所示。將工藝改進后再次進行凝固情況模擬，澆注模擬結果如圖6，由圖6a）和圖6c）可以看到，熱節(jié)位置改變且面積減小，通過工藝改進，補縮能力加強，鐵水充型凝固后，關鍵區(qū)域未見縮孔疏松缺陷，見圖6b）和圖6d）.

工藝改進后實物解剖結果和模擬情況一致，未見縮孔疏松缺陷，如圖7所示。

經過一個批次20件的生產，機加工過程未發(fā)現缺陷，經過水壓試驗，未發(fā)現滲漏情況。投入批量生產后，鑄件合格率達98%以上。

圖7 工藝改進后解剖情況

3 結束語

1）柴油機氣缸蓋結構形狀復雜，壁厚不均勻，鐵水充型過程中的平緩，排氣暢順和充分補縮是避免內部缺陷的關鍵；

2）運用鑄造工藝模擬軟件，將缺陷隱患降到最低，降低試制成本。