論澆注系統(tǒng)對(duì)4DA1柴油機(jī)缸體砂孔缺陷的影響與對(duì)策

摘 要:通過對(duì)4DA1柴油機(jī)缸體澆注系統(tǒng)的分析，認(rèn)為缸體砂孔缺陷是由澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理引起的。通過改進(jìn)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以有效地控制各個(gè)內(nèi)澆道的澆注速度，使?jié)沧⑦^程平穩(wěn)，不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的紊流現(xiàn)象;新澆注系統(tǒng)還能很好地起到擋渣的作用。根據(jù)整改后的工藝，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞:4DA1柴油機(jī);砂孔;澆注系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3198(2010)06-0325-02

江淮汽車公司開發(fā)生產(chǎn)的4DA1發(fā)動(dòng)機(jī)是一款先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，主要裝配在瑞風(fēng)、帥鈴等車型上。該款發(fā)動(dòng)機(jī)缸體仍處于試制階段，產(chǎn)品質(zhì)量尚未穩(wěn)定。由于其缸體毛坯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造工藝難度大，經(jīng)過多次工藝改進(jìn)，鑄造成品率大幅度提高。但是，在鑄件廢品的統(tǒng)計(jì)分析中，砂孔缺陷成為導(dǎo)致鑄件廢品的主要原因。根據(jù)2007年1-6月份數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，4DA1柴油機(jī)缸體鑄件生產(chǎn)鑄件916件，廢311件，平均廢品率28.5%;共計(jì)加工435件;廢150件，平均廢品率34.5%。顯而易見，砂孔缺陷已成為限制4DA1柴油機(jī)順利量產(chǎn)的巨大障礙。找出砂孔缺陷的產(chǎn)生原因并控制該缺陷的產(chǎn)生，將會(huì)極大地提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。

形成砂孔缺陷的因素有很多，大多是因?yàn)樾蜕盎蛐旧熬砣腓F水，并且未能在充型過程中有效地排出。主要有以下因素:

(1)砂芯、型砂強(qiáng)度低，在澆注過程中表層脫落，導(dǎo)致砂孔;

(2)鐵水溫度過高，造成砂芯、型砂、涂料強(qiáng)度低于臨界值，導(dǎo)致其剝落;

(3)型腔排氣不暢，內(nèi)壓力較大，類似開水沸騰，導(dǎo)致應(yīng)該溢流出的含雜質(zhì)物的鐵水無(wú)法排除;

(4)澆注過程中以及澆注前型腔以及砂芯未徹底清理，殘留有浮砂等雜物。

針對(duì)以上可能產(chǎn)生缺陷的原因，我們針對(duì)性地加強(qiáng)了工藝規(guī)范和工藝檢查，并調(diào)整型砂強(qiáng)度和澆注溫度進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，但均未取得較好的結(jié)果。那么是不是澆鑄系統(tǒng)的設(shè)置存在問題呢，我們?cè)噲D從澆注系統(tǒng)的方面來(lái)著手分析其對(duì)產(chǎn)生砂孔缺陷的影響。

典型的澆注系統(tǒng)是由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。直澆道可以產(chǎn)生一定得充型壓力，橫澆道可以起到擋渣的作用，而內(nèi)澆道可以調(diào)節(jié)鐵水流入鑄型型腔中的速度。所以澆注系統(tǒng)對(duì)鑄件質(zhì)量的影響很大。下面我們就從澆注系統(tǒng)的分析入手來(lái)尋找引起砂孔缺陷的原因。

1 澆注系統(tǒng)分析

從圖1澆注系統(tǒng)三維圖上可以看到:

(1)過濾網(wǎng)后面存在型砂，易將型砂沖入型腔內(nèi);

(2)阻流截面在過濾網(wǎng)前面，無(wú)法控制各個(gè)內(nèi)澆道的澆注速度;

(3)上下內(nèi)澆道不能同時(shí)充型，速度差異大，紊流現(xiàn)象嚴(yán)重。

通過對(duì)澆注系統(tǒng)三維圖的分析，可以看到澆注系統(tǒng)存在某些缺陷。為了更清楚地了解此澆注系統(tǒng)在澆鑄過程中對(duì)鐵水的流動(dòng)、鑄件各部位的溫度分布等信息，通過相關(guān)研究機(jī)構(gòu)，我們對(duì)現(xiàn)澆注系統(tǒng)進(jìn)行了模擬澆注分析。

圖1 原澆注系統(tǒng)三維圖如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)澆注過程中，澆注速度、鐵水溫度差別非常大。

經(jīng)以上分析，確認(rèn)澆注系統(tǒng)不合理可能是形成砂孔缺陷的主要因素。

圖2 原澆注系統(tǒng)的模擬澆注示意圖圖3 改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)2 澆注系統(tǒng)的改進(jìn)

根據(jù)上述分析，工藝設(shè)計(jì)人員重新設(shè)計(jì)了的澆注系統(tǒng)，如圖3所示。新澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了過濾網(wǎng)和阻流界面對(duì)鐵水流速的調(diào)節(jié)和擋渣的作用。具體作用如下:(1)過濾網(wǎng)在砂芯內(nèi)，其后面不存在型砂，不會(huì)將型砂沖入型腔內(nèi);(2)阻流截面在橫澆道和內(nèi)澆道之間，可以很好的控制各個(gè)內(nèi)澆道的澆注速度;(3)上下內(nèi)澆道幾乎可以同時(shí)充型，澆注平穩(wěn)，不會(huì)導(dǎo)致紊流現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 整改措施

通過以上分析與驗(yàn)證制定整改措施如下:

(1)改變?cè)瓭沧⑾到y(tǒng)，使用上文所提的新澆注系統(tǒng)，提高澆注速度，使鐵水更加平穩(wěn)注入型腔內(nèi)。改進(jìn)后澆注系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖4所示;

圖4 改進(jìn)澆注系統(tǒng)的實(shí)物圖(2)下芯過程嚴(yán)格控制散砂，防止由此造成的砂眼渣孔。

4 結(jié)論

4DA1柴油機(jī)缸體砂孔缺陷部分原因是由澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理引起的，通過改進(jìn)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以很好的控制各個(gè)內(nèi)澆道的澆注速度，使?jié)沧⑦^程平穩(wěn)，不會(huì)導(dǎo)致紊流現(xiàn)象嚴(yán)重;新澆注系統(tǒng)還能很好地起到擋渣的作用。根據(jù)整改后的工藝，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了一定的效果。

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