大斷面蠕鐵缸蓋縮松原因分析及防治

宋學恩，耿建華，王煥寧

（濰柴重機股份有限公司 濱海鑄造廠，山東濰坊 261108）

氣缸蓋是發動機最關鍵的零件之一，經常與高溫高壓燃氣相接觸，需要承受很大的熱負荷和機械負荷。而蠕墨鑄鐵的性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，具有良好的力學性能、使用性能以及工藝性能[1]，越來越廣泛的應用到氣缸蓋的生產中。而蠕墨鑄鐵由于介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，又具有很強的縮松傾向，尤其對于大斷面氣缸蓋來說，縮松風險一直是鑄造工程師首要解決的問題。我廠近期開發一款蠕鐵氣缸蓋（以下簡稱W缸蓋），毛坯重量約265kg，存在多處厚大斷面位置。

1 產品簡介

圖1 W缸蓋毛坯結構簡圖

W缸蓋為單體缸蓋，材質為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，且無法放置內冷鐵，因此此處存在較大熱節；而噴油器位置作為缸蓋中心，為傳統的易縮松位置；另外二者結合處和螺栓孔位置也存在很大的縮松風險。

2 鑄造工藝設計及驗證

按照傳統鑄造工藝設計，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險。鑄造模擬見圖2。

針對此情況，我們設計了整體組芯、平組立澆工藝，將缸蓋前端設計為澆注時上平面，并使用發熱保溫冒口，氣門導管放置內冷鐵，火力面放置外冷鐵，詳見圖3。

為保證鑄造工藝開發進度，在不影響模具開發的前提下，我們在此工藝的基礎上，設計了三種方案進行驗證。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冷鐵。每種方案驗證生產2件，各解剖1件，其余投入加工驗證。經檢測發現，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，螺栓孔位置無縮松；方案二：噴油器位置有輕微縮松，螺栓孔位置無縮松；方案三：噴油器和螺栓孔位置均無縮松,詳見圖4。

3 原因分析及工藝優化

通過以上驗證結果得出：使用內冷鐵能有效降低噴油器位置縮松風險而對螺栓孔位置影響不大。

原因分析：噴油器位置使用內冷鐵能夠有效增大缸蓋前端發熱冒口的作用，促進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較大，但由于靠近砂型，凝固過程中散熱較快，未形成明顯熱節和縮松缺陷。

在此情況下，我們進一步采取了試驗，將噴油器位置冷鐵直徑增大10mm，并在上蓋芯制芯時一起制出，使冷鐵與上蓋芯形成一體，取代原插入內冷鐵的方式。按照此方案我們驗證生產了10件，解剖檢查4件，各處均無縮松缺陷，剩余6件加工后打壓均無漏水缺陷。后期我們又驗證生產60件樣件，均無縮松缺陷。

4 結論

（1）對于大斷面單體缸蓋，頂置冒口與冷鐵結合使用，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，能有效實現鑄件的順序凝固方式，增強鑄件自補縮[2]。

（3）使用內冷鐵時，盡量設計冷鐵一端與外部砂型或砂芯為一體，可最大限度發揮冷鐵的激冷作用。