防止WP12氣缸體夾砂缺陷的對策

張玉娟，李克強，臧加倫，邢 偉

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊市 261041）

防止WP12氣缸體夾砂缺陷的對策

張玉娟，李克強，臧加倫，邢 偉

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊市 261041）

本文分析了WP12氣缸體毛坯在大批量生產過程中，產生起皮夾砂缺陷的原因，總結了在生產實踐中解決其缺陷所采取的工藝措施和取得的效果。

氣缸體；鑄造缺陷；夾砂；型砂性能

1 氣缸體工藝簡述

WP12氣缸體是我們廠高速柴油機中結構較復雜、機械性能要求很高的氣缸體，毛坯重310kg。毛坯在KW線造型上生產，潮模砂工藝，共有24顆砂芯。6顆大缸芯和前后端芯組成主體芯組，整體浸涂料后進表干窯表干，再在組芯輥道上依次組入單獨浸涂料烘干后的水套芯、挺桿芯組（挺桿芯與7顆回油孔芯組裝的芯組）、上蓋芯，其余砂芯單獨浸涂料烘干后下入下砂型，整體芯組清吹后，用下芯機下入噴涂砂型增強劑的下砂型中，然后合箱澆注。澆注溫度控制在1385℃～1395℃，澆注時間30s左右。

2 存在鑄造缺陷特征及原因分析

夾砂類缺陷是在潮模鑄鐵件生產中常見的一種表面缺陷，它通常是在鑄型尚未充滿時，在高溫金屬液的沖刷和烘烤的熱作用下，由于砂型表面急劇受熱使砂型發生水分遷移和體積膨脹，而產生的熱壓應力超過了水分飽和凝聚區的熱濕拉強度，砂層表面發生分層、拱起和破裂而造成的。

在生產實踐中，由于WP12氣缸體毛坯的結構復雜，鑄造工藝性較差，大批量生產時毛坯質量一直不理想，主要缺陷表現為起皮夾砂，廢品率高時占廢品總數的60%以上，缺陷特征如圖1、圖2所示。為此，我們成立了攻關小組，對此進行了質量攻關，跟蹤生產的整個流程，對各種工藝參數進行統計分析，然后對工藝進行優化改進。

通過對廢品的統計發現，2009年9、10月起皮夾砂廢品率高達10.9%，嚴重影響了鑄件的成品率及其生產效率，且造成制造成本居高不下，廢品損失嚴重。具體數據如表1。

表1 廢品率統計

通過我們對工藝流程和型砂性能等各種工藝參數的記錄分析，總結了WP12氣缸體產生起皮夾砂缺陷的原因主要有：①熱砂現象，舊砂平均溫度在55℃以上，造成型砂水分波動較大；②二條造型線回砂，舊砂性能波動大，各項檢測指標偏離工藝要求較大；③砂處理線除塵設備普遍老化，除塵效果不理想并且時好時壞，影響舊砂中死灰塵排出而破壞型砂性能；④原輔材料質量的穩定性；⑤主體芯組下入下砂型時溫度過高；⑥澆注工藝存在不完善的地方；⑦氣缸體本身結構原因。

3 解決缺陷的措施

針對上述分析產生夾砂缺陷的原因，我們從生產全過程進行了工藝優化及改進，主要采取的工藝措施有以下幾個方面。

3.1 型砂性能的控制

正確選用和配置型砂，控制好型砂質量是防止夾砂類缺陷的主要措施。

（1）對型砂工藝參數進行優化。經過較長時間對型砂和舊砂性能指標的統計，總結出舊砂性能對型砂性能的影響，對照鑄件的質量情況，制定了專門適合WP12氣缸體的型砂配比，見表2、表3。

表2 舊砂成份控制

表3 單一砂配砂要求

（2）輔助材料質量的穩定對型砂性能也有較大影響，其中膨潤土的性能對型砂的抗夾砂能力有至關重要的影響。由于我們廠所使用的膨潤土由多廠家供貨，質量存在差異且不穩定。使用質量較好的膨潤土，夾砂缺陷有明顯改觀，所以選用好的膨潤土供方，也是一種見效較快的解決措施。

（3）在生產線上使用面砂。制作專用平臺用于面砂斗，專門混制面砂，性能見表4，造型時在易起皮夾砂的部位先加入面砂見圖3、圖4，也取得了較明顯的效果。

表4 面砂性能控制表

3.2 砂芯質量控制

因WP12氣缸體結構復雜，使用砂芯數量多且形狀復雜，因此控制好砂芯的制造質量、涂層、烘干等過程，也是防止夾砂類缺陷的關鍵。

通過我們對工藝流程的跟蹤發現，主體芯組涂料表干后，經過組芯輥道到下芯工位時砂芯溫度較高，特別到夏季車間溫度高散熱較慢，加上生產節拍等問題，砂芯下到砂型中溫度高達50℃，對下砂型有一個烘烤過程，水分遷移造成高濕度的水份凝聚區，大大削弱了下砂型的強度，這與起皮夾砂缺陷多發生在下型相吻合。因此我們在生產安排上盡量控制節拍，在延長自然降溫時間的同時，在輥道線上增加風扇吹風抽風段強制降溫，使砂芯溫度不超過40℃，起到了一定的效果。

砂芯的涂層和烘干不好也容易產生夾砂缺陷。因此通過一段時間的現場跟蹤，制定出了適合水套芯、挺桿芯、大缸整體芯組等主要砂芯的烘干時間、涂料密度和砂芯烘干后殘留水分等工藝參數，并在生產中嚴格控制。見表5

表5 工藝參數

3.3 澆注系統的工藝改進

澆注工藝是否合理對鑄件產生夾砂類缺陷有較大影響。鑄件的澆注時間和澆注位置，金屬液的上升速度，充型的平穩程度等都是影響因素。

澆注系統的改進是一個復雜的過程，經過多次的改進驗證試驗，取得了較理想的效果。主要從以下幾個方面進行了改進。

（1）此氣缸體的澆注系統原先采用中注，橫澆道從缸體底部的大缸芯頭引入，內澆道開設在瓦口處，這樣雖然澆道均在砂芯內部減少了對砂型的沖刷，但充型不平穩而且也不利于氣體的排除，因此對原有的澆注系統進行了改進，增加其底注系統，使鐵液進入型腔后更加平穩，并能使金屬液迅速覆蓋整個下型平面，避免砂型局部過熱。

（2）在生產實踐中，對底部內澆道的位置也做了多次調整，將內澆道遠離易產生起皮夾砂的位置，減少鐵液對型砂的沖刷和烘烤，防止圖1處起皮夾砂的發生。如圖5、圖6。

（3）改進澆冒口的引入位置，加大出氣冒口，減輕高溫氣流對型砂表層的起拱作用，有益于水分凝聚區后移，降低水分凝聚區水分，減少圖2處夾砂缺陷的發生。

3.4 結構改進和防夾砂釘的使用

鑄件本身的結構對產生起皮夾砂缺陷也有一定的影響。由于WP12氣缸體的外形結構復雜，加強筋多，而在圖1所示易產生夾砂的位置有一大平面。模樣在KW線造型時，砂型表面的硬度不均，在澆注時產生的熱膨脹力不同，從而造成局部起皮夾砂。根據此氣缸體的結構特點，我們從以下兩方面進行了改進。

（1）在不影響產品使用性能的前提下，在大平面處加上加強筋（圖7），將大平面的砂型進行分割加強，加強筋處夾砂沒再發生，但兩側夾砂沒有明顯改善。

（2）采用防夾砂釘技術。根據WP12氣缸體外形弧面的結構特點，設計制作了簡單適用的防夾砂釘（圖8），用于WP12氣缸體模板（圖7）。利用造型后在型腔形成的孔洞，鐵液充型后，鐵液在未凝固狀態有效增加此處的退讓空間，鐵液凝固后，有效加固型腔，增加熱濕拉強度，從而防止起皮夾砂缺陷的產生，取得了較明顯的效果。

4 結論

通過上述一系列的工藝改進措施，WP12氣缸體起皮夾砂廢品率由9～10月份的 10.9%，降到了12月份的2.1%，并且在后期的生產中一直比較穩定，提高了WP12氣缸體的質量，大大降低了廢品損失，取得了明顯的效果。

影響鑄件產生起皮夾砂缺陷的因素很多，通常是多種因素相互作用的結果，解決和防止缺陷的發生是一個復雜的工藝過程，但只要能在生產過程中發現問題并查找到影響的因素，然后根據實際情況，采取適當的工藝措施，就能取得理想的效果。

[1]劉喜俊.《鑄造工藝學》[M].北京：機械工業出版社,1999.

[2]彭顯平，張光明，傅駿.怎樣防止夾砂缺陷的產生[J].四川工程職業技術學院學報，2007(06).

The Countermeasures for Prevention from Inclusion Defect of Model WP12 Cylinder Block

ZHANG YuJuan,LI KeQiang,ZANG Jia Lun，XING Wei
(Weifang Diesel Engine Power Co.Ltd.,Weifang 261041,Shandong China)

Causes of inclusion defect produced in volume production of rough Model WP12 cylinder block have been analysed with both technological measures of practical solution to such defects and effective result summarized.

Cylinder block;Foundry defect;Inclusion;Performance of molding sand

TG250.6;

A；

1006－9658（2012）02－0015-3

2012－01－10

稿件編號：1201－005

張玉娟（1965－），女,從事氣缸體的工藝開發工作