N109主缸毛坯縮孔/縮松廢品產生原因及控制對策

甘芳艷

（柳州五菱汽車工業有限公司制動器廠，廣西 柳 州545007）

N109車型是上汽通用五菱2010至2011年微車的主打車型之一，制動器廠是該車型的制動主缸助力器組件主要配套廠家，該車型開始批量投產以來，作為N109制動主缸助力器組件主要零部件的主缸毛坯縮孔/縮松廢品率，一度高達15.49%，嚴重影響了制動主缸助力器組件配套的生產率如表1所示。

表1 N109主缸毛坯廢品情況統計

為此，我們對N109主缸毛坯鑄造缺陷產生的原因進行分析并找出相關對策。

1 縮孔/縮松缺陷特點

N109主缸毛坯縮孔/縮松缺陷，產生的情況特征為：

（1）廢品數量大，占廢品總數的78.07%。

（2）N109主缸毛坯與N1主缸毛坯結構相似（見圖1、圖2）。但N109主缸毛坯的縮孔/縮松廢品率，明顯高于N1主缸毛坯（N1主缸毛坯縮孔/縮松廢品率僅為5.45%）。

圖1 N1主缸毛坯

圖2 N109主缸毛坯

（3）缺陷位置固定。95.23%的縮孔/縮松缺陷位于進油口凸臺下部和缸孔頭部（如圖3所示）。

圖3 N109主缸毛坯縮孔/縮松存在位置圖

2 縮孔/縮松形成原因及對策

經過分析，影響縮孔/縮松產生的原因有：

（1）合金液除氣不干凈形成氣體性疏松。

（2）澆注溫度澆注溫度過低，鋁液流動性差，導致最后凝固部位補縮不足。

（3）毛坯鑄件凝固順序不合理（鑄件在進油口凸臺處存在局部厚大，鑄件沒能按“順序凝固”的工藝進行）。

2.1 合金液除氣不干凈，形成氣體性疏松

經過現場工藝試驗檢測發現，目前使用的型號為DJB-1精煉劑除氣效果很差，工藝要求鋁液精煉后試樣針孔級別為1～2級，而試驗檢測試樣的針孔度已經達到了3～5級。在現有人工壓入精煉劑精煉工藝不變的情況下，借鑒集團兄弟單位柳機的經驗，我們試用了柳機正在使用的SRJB2型精煉劑進行工藝試驗，同時根據鋁熔體中夾雜（Al2O3）與氫的行為及相互作用關系的實質（人們經多年的研究和實踐已經確認，在含氫量相同的條件下，夾雜含量越高，針孔率也高；同時，即使在低氫濃度時，針孔率仍很高。相反，當鋁液中夾雜含量很低時，含氫也低，即使人為地向鋁液通入氫，也會自動脫出，很快恢復到原來的含量。因此影響鋁中氣孔形成的主導因素是夾雜物，只有重視排雜凈化，才可保證鋁液質量[1]），新增使用了深圳派瑞科生產的COVERAL 73的低溫除渣劑。低溫除渣劑的加入，對鋁液中夾雜物進行較為有效的清除。經過多次的工藝試驗，確定了新的精煉劑及除渣劑的精煉工藝參數見表2所示。

表2 新精煉劑及除渣劑精煉參數

新的精煉劑及除渣劑正常投入使用后，N109主缸毛坯缸孔頭部縮孔/縮松的缺陷率有了很明顯的下降，但進油口凸臺下部縮孔/縮松的缺陷率，仍然沒有得到改善，在該部位存在缺陷的零件數量還是很多，仍沒有達到我們的最終控制要求。

2.2 澆注溫度

N109主缸毛坯為新車型的毛坯，其凈質量雖然比N1主缸毛坯稍小，但從圖1、圖2可以看出：N109主缸其進油口凸臺是集中在一起，在整個缸體的2/3處形成一個厚大的熱節，而N1主缸的進油口是分開的，整個零件沒有明顯的熱節部位。因此在澆注過程中，N109主缸在2/3處的熱節部位所需要鋁水補縮的量要比N1主缸多得多。其澆注溫度仍按N1主缸毛坯的工藝進行控制，顯然是不可行的。將N109主缸毛坯，按不同的澆注溫度范圍，各生產150臺作對比試驗，結果見表3所示。

表3 兩種澆注溫度工藝試驗對比

可以看出，試驗工藝較原有工藝生產出來的縮孔/縮松廢品率有所下降，因此將澆注溫度穩定控制在適宜的范圍內，對解決N109主缸毛坯縮孔/縮松問題，還是有一定的效果。

2.3 毛坯鑄件凝固順序不合理

采取了新的精煉劑及除渣劑投入使用和提高鋁水澆注溫度這兩項措施后，對N109主缸毛坯所產生的鑄造缺陷件，進行統計再分析，發現在進油口凸臺處，存在縮孔/縮松缺陷的零件數量還是較高。

通過對N109主缸毛坯結構的再次認真分析認為：進油口凸臺處縮孔/縮松的產生，主要是由毛坯的特殊結構所致，其進油口凸臺處過于厚大，鋁液凝固時該部位往往總是最后凝固，因鋁液凝固時會有凝固收縮，該部位鋁液凝固沒有得到補縮，便產生縮孔/縮松。解決這一問題，就必須保證毛坯鑄件凝固能按“順序凝固”工藝進行，因毛坯本身結構存在著特殊性，凝固時不能自然按“順序凝固”工藝進行凝固，所以只有通過在模具上增加激冷塊（激冷塊也叫冷鐵，為了增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵[2）]來改變鋁液的凝固順序，才能解決這一問題。根據N109主缸毛坯結構特點，我們在金屬模具進油口凸臺左右模腔的上面各安放了一塊方形（36 mm×34 mm×10 mm）銅材質的激冷塊，同時還在進油口凸臺兩側面安放了帶排氣及激冷作用的圓柱形（Ф18 mm×30 mm）的激冷塊。圖4、圖5、圖6、圖7為模具改進前后的簡圖。

圖4 改進前左模

圖5 改進前右模

圖6 改進后左模

圖7 改進后右模

模具實施改進后，我們對N109主缸毛坯機加工后鑄造缺陷進行了統計，跟蹤統計的結果見表4所示。

表4 N109主缸毛坯（模具增設激冷塊后）廢品情況統計

由表4可以看出，模具在進油口凸臺增設激冷塊后，能顯著地降低N109主缸毛坯縮孔/縮松缺陷廢品。

3 結束語

通過對影響縮孔/縮松形成的主要要素：鋁液精煉、澆注溫度、毛坯鑄件的凝固順序三個鑄造工藝方面進行了分析，采取了有效的應對措施，完善了鋁液精煉、澆注溫度及毛坯凝固順序系統方面的工藝，將N109主缸毛坯縮孔/縮松廢品率控制在2%以內，達到了品質目標的要求，為更好地完成N109制動主缸助力器組件零配件的配套提供了有力的保證。

措施的顯著性評價。按顯著性的大小從大到小排列如下：合金液精煉除氣，毛坯鑄件凝固順序，澆注溫度。

[1]傅高升，陳文哲，等.鋁熔體高效凈化的理論及凈化處理技術的現狀分析[A].第五屆21省（市、自治區）3市鑄造學術會議論文集[C].合肥：安徽省機械工程學會鑄造學會，2003.

[2]王繼章，楊 晶，等.鋁合金鑄造中冷鐵作用效果的研究[J].特種鑄造及有色合金，2011，（31）：961-963.