聯體缸蓋氣孔缺陷的防止

王 超，尚嘉麗，齊亞平

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261061）

發動機是汽車動力的源泉，直接影響著汽車的油耗、排放和動力性能。氣缸蓋是發動機的關鍵部件之一，聯體缸蓋相比單體缸蓋來說結構更加復雜，功能性要求更高，生產中所使用的砂芯眾多，在澆注過程中會產生大量的氣體。如果砂芯產生的氣體不能順利排出，則極易產生氣孔缺陷。

氣孔是鑄件最常見的一種缺陷。它不但減少鑄件的有效斷面積，而且還產生應力集中，成為零件斷裂的裂紋源，明顯降低鑄件的強度和塑性。尤其是形狀不規則的氣孔不僅增加缺口敏感性使金屬強度下降，而且還降低鑄件的疲勞強度。彌散性的氣孔使鑄件組織疏松，降低鑄件的氣密性。氣孔缺陷占總廢品率的25%～80%，氣孔的防止成為鑄造工作者急需解決的問題。

1 生產現狀

我公司生產的某型號缸蓋材料的牌號為HT280,采用的是德國HOS靜壓造型線生產。其水腔形狀復雜，最薄處厚度僅有5mm。澆注系統采用底注式，澆注溫度在1390℃～1410℃。采用的砂芯數量較多，芯子的排氣問題成為影響缸蓋質量的重要因素。除了水夾層外均采用冷芯，發氣速度慢，發氣量大，容易產生氣孔。氣孔缺陷主要在鑄件的頂面上或者頂面的皮下，氣孔數量少，但尺寸較大；孔壁光滑，一般呈圓形或者梨形。氣孔在缸蓋的位置如圖1所示。經過統計得知氣孔缺陷占總廢品數的60%以上（圖 2）。

圖1 氣孔缺陷在缸蓋上的位置

圖2 缺陷原因的pareto圖

2 氣孔原因分析

氣缸蓋上的氣孔屬于侵入性氣孔，經過分析，氣孔的產生主要與以下幾個方面有關：①因為氣缸蓋自身帶有氣道、水道、燃燒室等復雜的內腔結構，使用芯子眾多，鑄型、砂芯還有涂料中的水分、粘結劑、樹脂等分解或者燃燒產生的大量氣體因為排氣不通暢進入鐵液，凝固時不能順利排出從而形成氣孔；②澆注速度太慢，鐵液充型不平穩，有氣體卷入；③鑄型中水分蒸發，其他原輔材料的燃燒或者分解產生大量氣體；④砂芯整體浸涂后涂料的二次烘干水分超標；⑤鐵液溫度低、流動性不足也是導致氣體無法排出的重要原因。

3 改進措施

3.1 澆注系統的改進

起初澆注系統模擬充型過程如圖3所示，三四缸位置的頂部溫度較低，氣孔缺陷主要集中在這兩處。后考慮在中間增加一組內澆道，如圖4紅色部分所示，增加一組內澆道后充型更加平穩，氣孔大小明顯變小，數量大大減少。

圖3 氣缸蓋充型模擬圖

圖4 增加一組內澆道

3.2 加強砂芯（型）的排氣

（1）進排氣道芯鉆孔

進排氣道芯是實心的，發氣量大，氣體容易聚集在頂部，采用?5mm鉆頭在芯頭處鉆30mm～40mm深的出氣孔后，產生的氣體通過中間的孔到達出氣冒口，排氣效果好，可以有效防止氣孔的產生。下圖5為鉆孔后的進排氣道照片。

（2）配合間隙的調整

氣缸蓋水夾層砂芯、氣道芯芯頭與芯座配合間隙要適當地進行調整，保證芯頭密封良好，防止鐵液進入排氣通道，保證氣體順利排出。

圖5 鉆孔后的進排氣道

（3）增加出氣針的數量

原先設計上模板中間有3個出氣針，后來增加到7個，如圖6所示。

圖6 上模板中間增加出氣針

（4）增加石棉墊圈

水夾層砂芯位置放置耐火石棉墊圈，既能阻擋鐵液封住排氣通道，又可以保證氣體順利排出。這樣可以有效防止氣孔缺陷。

3.3 嚴格控制二次烘干水分

砂芯整體浸涂涂料后需要進表干爐烘干，起初設置表干爐的溫度為170℃，在該溫度下粘結砂芯的熱熔膠沒有超過熔點，揮發較少，雖然能夠保證砂芯之間的有效結合，但是二次烘干水分達到了1.0%。后改變單純采用熱熔膠粘結砂芯的方式，采用熱熔膠與砂芯粘結劑同時使用，熱熔膠起到快速固化的作用，設置表干爐的溫度為190℃，加熱時間為90min，砂芯通過表干爐時熱熔膠已經揮發，粘結劑起到粘結作用。通過改變粘結方式，提高表干爐的溫度和時間，有效降低了二次烘干水分，可以達到要求的0.6%以下。

3.4 提高澆注溫度和澆注速度

澆注溫度低，鐵液粘度大，卷入鐵液的氣體上浮阻力大，就容易產生氣孔缺陷。但是澆注溫度太高又容易引發粘砂、斷芯等缺陷，因此需要找一個平衡點，綜合考慮將澆注溫度由原先的1390℃～1410℃提高到1400℃～1420℃。合適的澆注速度對防止氣孔的產生也有很大影響，澆注速度太慢，金屬液冷卻快，容易產生澆不足、冷隔及夾渣等缺陷；澆注速度太快，鑄型中的氣體來不及排出容易產生氣孔。同時還容易產生沖砂、跑火等。根據經驗公式和現場情況，確定采用先慢后快再慢的澆注方式，澆注時間控制在 20s～24s之間。

現在經過對工藝優化及改進措施的固化，聯體缸蓋的氣孔缺陷得到有效控制，圖7為氣孔缺陷得到解決后的缸蓋鑄件。

圖7 氣孔缺陷得到解決后的缸蓋

4 結束語

通過增加砂芯、砂型出氣通道；嚴格控制二次烘干水分和適當提高澆注溫度和澆注速度等措施來防止氣孔的產生?，F在經過對工藝優化及改進措施的固化，聯體缸蓋的氣孔缺陷得到有效控制，廢品率已經明顯降低，達到了公司質量控制目標。

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