大斷面蠕鐵缸蓋縮松原因分析及防治

宋學(xué)恩，耿建華，王煥寧

（濰柴重機(jī)股份有限公司 濱海鑄造廠，山東濰坊 261108）

氣缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)最關(guān)鍵的零件之一，經(jīng)常與高溫高壓燃?xì)庀嘟佑|，需要承受很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。而蠕墨鑄鐵的性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，具有良好的力學(xué)性能、使用性能以及工藝性能[1]，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到氣缸蓋的生產(chǎn)中。而蠕墨鑄鐵由于介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，又具有很強(qiáng)的縮松傾向，尤其對(duì)于大斷面氣缸蓋來(lái)說(shuō)，縮松風(fēng)險(xiǎn)一直是鑄造工程師首要解決的問(wèn)題。我廠近期開發(fā)一款蠕鐵氣缸蓋（以下簡(jiǎn)稱W缸蓋），毛坯重量約265kg，存在多處厚大斷面位置。

1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

圖1 W缸蓋毛坯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

W缸蓋為單體缸蓋，材質(zhì)為RuT400，厚大斷面位置集中在主油道孔和噴油器位置。由于W缸蓋毛坯后期加工成2種氣缸蓋成品，主油道孔不能鑄出，且無(wú)法放置內(nèi)冷鐵，因此此處存在較大熱節(jié)；而噴油器位置作為缸蓋中心，為傳統(tǒng)的易縮松位置；另外二者結(jié)合處和螺栓孔位置也存在很大的縮松風(fēng)險(xiǎn)。

2 鑄造工藝設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

按照傳統(tǒng)鑄造工藝設(shè)計(jì)，采用平組平澆、底注頂冒的方法，難以徹底消除噴油器、主油道孔和螺栓孔位置的縮松風(fēng)險(xiǎn)。鑄造模擬見圖2。

針對(duì)此情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了整體組芯、平組立澆工藝，將缸蓋前端設(shè)計(jì)為澆注時(shí)上平面，并使用發(fā)熱保溫冒口，氣門導(dǎo)管放置內(nèi)冷鐵，火力面放置外冷鐵，詳見圖3。

為保證鑄造工藝開發(fā)進(jìn)度，在不影響模具開發(fā)的前提下，我們?cè)诖斯に嚨幕A(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三種方案進(jìn)行驗(yàn)證。方案一：噴油器和螺栓孔位置使用熱芯；方案二：噴油器位置使用內(nèi)冷鐵，螺栓孔處使用熱芯；方案三：噴油器和螺栓孔位置使用內(nèi)冷鐵。每種方案驗(yàn)證生產(chǎn)2件，各解剖1件，其余投入加工驗(yàn)證。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，方案一：噴油器位置存在較大縮松缺陷，主要縮松缺陷位于噴油器與主油道交接處，螺栓孔位置無(wú)縮松；方案二：噴油器位置有輕微縮松，螺栓孔位置無(wú)縮松；方案三：噴油器和螺栓孔位置均無(wú)縮松,詳見圖4。

3 原因分析及工藝優(yōu)化

通過(guò)以上驗(yàn)證結(jié)果得出：使用內(nèi)冷鐵能有效降低噴油器位置縮松風(fēng)險(xiǎn)而對(duì)螺栓孔位置影響不大。

原因分析：噴油器位置使用內(nèi)冷鐵能夠有效增大缸蓋前端發(fā)熱冒口的作用，促進(jìn)缸蓋主油道和噴油器位置順序凝固[2]，降低縮松傾向；螺栓孔位置雖然熱節(jié)較大，但由于靠近砂型，凝固過(guò)程中散熱較快，未形成明顯熱節(jié)和縮松缺陷。

在此情況下，我們進(jìn)一步采取了試驗(yàn)，將噴油器位置冷鐵直徑增大10mm，并在上蓋芯制芯時(shí)一起制出，使冷鐵與上蓋芯形成一體，取代原插入內(nèi)冷鐵的方式。按照此方案我們驗(yàn)證生產(chǎn)了10件，解剖檢查4件，各處均無(wú)縮松缺陷，剩余6件加工后打壓均無(wú)漏水缺陷。后期我們又驗(yàn)證生產(chǎn)60件樣件，均無(wú)縮松缺陷。

4 結(jié)論

（1）對(duì)于大斷面單體缸蓋，頂置冒口與冷鐵結(jié)合使用，能有效增大冒口的作用距離。

（2）在條件合適的情況，采用整體組芯、平組立澆工藝，能有效實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固方式，增強(qiáng)鑄件自補(bǔ)縮[2]。

（3）使用內(nèi)冷鐵時(shí)，盡量設(shè)計(jì)冷鐵一端與外部砂型或砂芯為一體，可最大限度發(fā)揮冷鐵的激冷作用。