大型高強度灰鐵機后蓋生產及工藝改進

畢海香,楊恒遠,于建忠,謝瑞財,李永剛

（濰柴重機股份有限公司，山東濰坊 261108）

大型高強度灰鐵機后蓋生產及工藝改進

畢海香,楊恒遠,于建忠,謝瑞財,李永剛

（濰柴重機股份有限公司，山東濰坊 261108）

L27/38高強度灰鑄鐵機后蓋在生產過程中發現裂紋、氣孔、工藝孔缺料等鑄造缺陷，廢品率很高。分析鑄造缺陷原因，提出相應的改進措施，對工藝進行了完善。經生產驗證，機后蓋鑄件的成品率大幅提高。

灰鑄鐵；鑄造工藝；鑄造缺陷

L27/38系列鑄件是我公司從國外引進的戰略性產品。機后蓋是柴油機上關鍵零部件，材質為高強度高牌號灰鐵HT300，成分不穩定，難以控制。而且鑄件內腔結構復雜，需要20多顆形狀各異的砂芯組成。加工后必須進行水壓試驗，所以對其品質有著嚴格要求。在試生產驗證階段出現了嗆孔、孔偏、裂紋等鑄造問題，鑄件成品率很低。

1 原工藝及生產驗證情況

根據本公司生產條件，機后蓋（鑄件三維見圖1）采用堿性酚醛樹脂自硬砂造型、手工制芯。毛坯尺寸1 862×1 422×1 075（mm），毛坯質量1.7 t，澆注鐵液質量2.4 t。為了避免大平面形成嗆孔、冷隔等缺陷采用階梯澆注系統，底層澆注系統采用陶瓷管拼接。使用1塊100×100×22（mm）的陶瓷過濾片擋渣。防止鑄件底部厚大部位產生縮松，在此部位設置冒口。工藝簡圖如圖2所示。

圖1 鑄件三維圖

圖2 鑄件工藝簡圖

圖3 裂紋缺陷

試生產階段驗證過程中鑄件主要存在以下問題。打箱落砂后鑄件上平面厚大部位以及裝配中冷器的內腔拉筋處產生裂紋（見圖3）；工藝堵蓋孔偏（見圖4）導致加工缺料；上平面嗆孔（見圖5）等缺陷。

圖4 工藝孔劃線偏

圖5 氣孔缺陷

2 原因分析及改進措施

2.1 裂紋

裂紋產生的原因是鑄件在冷卻過程中收縮受到阻礙，產生的鑄造應力超過了合金材料的強度極限。而鑄造應力的大小主要與鑄件結構、化學成分、補縮條件、開箱溫度等有關[1]。

分析機后蓋結構及生產條件發現，鑄件結構過渡圓角小，同時6#大砂芯與周圍其他砂芯相比，體積大，砂芯退讓性差，鐵液冷卻收縮受阻，容易產生應力集中。另外，鑄件在鑄型內冷卻時間短，開箱后鑄件溫度高，所以型砂和芯砂散落時，殘余應力釋放導致裂紋。

針對上述情況采取了以下措施。①改進鑄件局部結構，增大過渡圓角，對6#芯盒內拉筋圓角增加補貼（圖6）；②延長鑄件在型內冷卻時間， 確保鑄件溫度200 ℃以下再打箱落砂；③對6#大砂芯進行掏空設計（圖7），以減小砂芯對鐵液收縮的阻礙作用。

圖6 修改芯盒，增加過渡圓角

圖7 修改6#砂芯，增加掏空設計

2.2 工藝孔偏

工藝孔劃線偏主要是由于砂芯固定不牢靠，澆注時在鐵液的沖擊下，砂芯發生位移，甚至導致芯頭或砂芯薄弱處斷裂。另外，內腔結構復雜，需要將多層砂芯層疊，如果最低層砂芯固定不穩定，也會造成上層砂芯偏移，從而導致鑄件局部發生尺寸偏差。

如圖8所示，最低層7-1#砂芯只有2個定位芯頭，而且側邊與6#大砂芯配合的芯頭只涂抹粘結劑，下芯頭也只能定位，沒有設計定向功能。所以最下層的7-1#砂芯定位容易轉動，不牢靠，可能影響上面4層共7顆砂芯的定位穩定問題，使其發生偏移，從而導致尺寸偏差。

針對這一問題做了簡易組芯胎具（圖9），改進了砂芯組合方式，對部分砂芯進行了預組，如圖10所示。制作砂芯時預埋緊固螺栓，將7-1#砂芯，7-2#砂芯，7-3#砂芯在胎具上預組（圖10.a），再與6#大砂芯把緊（圖10.b、c），最后涂粘結劑，增加補芯填充掏空位置（圖10.d），避免鐵液灌入砂芯內。

圖8 局部砂芯定位情況

圖9 砂芯預組簡易胎具

2.3 氣孔

氣孔是鑄件上一些空洞類缺陷，氣孔的形狀有球形的、扁圓形或長條形的。氣孔形成基本上是由于在金屬凝固時鑄件上某一部位的局部氣體壓力超過了金屬液的壓力。氣體總是順著阻力最小的通道流動，因而，它通常都朝著鑄件的頂部移動[2]。

砂芯砂型水分含量高低以及排氣是否暢通是能否避免鑄件形成氣孔缺陷的決定性因素[3]。所以解決氣孔類鑄造缺陷的措施主要有兩種，一是減少鐵液及鑄型內氣體和水分含量，二是增加氣體逃逸通道。

針對氣孔缺陷，采取了以下措施。①砂型刷涂料點燃后，再用天然氣烘烤3～5 min（圖11），合箱后利用鑄型烘干器對鑄型及內部砂芯利用熱氣流進行烘干2～3 h（圖12），設定溫度180 ℃～200 ℃，從而減小型內發氣量；②對砂芯芯頭處手工鉆孔；③合箱后傾斜澆注，便于澆注過程中的氣體快速逃逸。

圖 10 砂芯組合方式

圖11 烘烤砂型

圖12 合箱后熱風機烘干

3 驗證及結論

采取一系列工藝改進措施后經小批量生產驗證，L27機后蓋鑄件品質提升顯著。裂紋、工藝孔偏問題徹底解決。其他缺陷廢品控制在10%左右。

對于結構復雜的薄壁鑄鐵件，砂芯數量多、形狀各異，所以如何固定砂芯是關鍵。

[1] 馬紅濤,高翔.中速柴油機機體鑄造裂紋的原因分析及防止措施[J]. 中國鑄造裝備與技術 2015,(1):16-17.

[2] 美國鑄造工程師協會編. 鑄件缺陷分析[M].武達兼, 陳嵩生譯.北京:機械工業出版社,1982.

[3] 王潘興.170柴油機氣缸蓋鑄造工藝改進[J].中國鑄造裝備與技術,2010(2):21-23.

Production and process improvement of large high strength gray cast iron end- cover

BI HaiXiang, YANG HengYuan, YU JianZhong, XIE RuiCai, LI YongGang
(Weichai Heavy Machinery Co.,Ltd., Weifang 261108,Shandong,China)

L27/38 high strength gray cast iron end-cover was found some casting defects such as crack, gas cavity on the top surface, lack of material for auxiliary holes in the production process. So its rejection rate was higher. Analyzing the reasons of these defects, we proposed the corresponding improvement measures in this paper. It has been verifi ed by production that the casting yield of the end-cover was increased signifi cantly.

gray cast iron；casting process；casting defects

TG251；

A；

1006-9658（2017）01-0026-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.008

2016-06-13

稿件編號:1606-1402

畢海香（1981—），女，工程師，主要從事鑄鐵件鑄造工藝開發.