雙層水冷排氣歧管濕型砂生產工藝研究

靳寶，劉景海，黃新懷，袁彬，崔志學

西峽縣內燃機進排氣管有限責任公司 河南南陽 474500

1 序言

西峽縣內燃機進排氣歧管有限公司是國內專業化的汽車排氣歧管生產基地，成立30多年來，先后為國內外100多家主機廠開發了3000多種排氣歧管，填補了國內外空白。特別是近十幾年來，我公司對更復雜的水冷排氣歧管進行工藝研究，技術水平取得了長足的進步。

本文從制芯、造型、清理等方面，對水套排氣管的工藝進行詳細的分析。

2 制芯工序

汽車排氣歧管屬于薄壁鑄件，平均壁厚為5～6mm，加之水冷排氣歧管的雙層復雜結構，使得對生產工藝的要求更高，因此制芯工序采用熱芯盒覆膜砂制芯，來保證鑄件質量。

（1）覆膜砂性能對產品質量的影響 在剛開始的生產中，我們采用常規覆膜砂（性能見表1）制芯，澆注后鑄件出現壁薄、嗆火等鑄造缺陷，如圖1所示。

圖1 嗆火和壁薄鑄造缺陷

表1 常規覆膜砂性能

出現壁薄、嗆火等鑄造缺陷后，我們分析認為水腔芯子用砂不合適，主要原因如下。

1）砂芯用原砂粒度集中度70/140目（0.212～0.106mm）≥75%，粒度太細，造成砂芯排氣性能差。

2）芯砂的熱態抗拉強度只有1.4～2.0MPa，高溫澆注時砂芯熱態抗拉強度低，造成斷芯。

3）芯砂的發氣量太大，澆注時大量氣體不易排出。

針對芯砂存在的上述問題，我們決定對芯砂進行調整，研發一種粗粒度、高強度、低發氣的芯砂（性能見表2）。芯砂更換后，經過多次驗證，解決了因為芯砂問題造成的嗆火、壁薄等缺陷。

表2 調整后芯砂性能

（2）砂芯涂料層厚度對產品質量的影響 更換芯砂后，由于原砂粒度變粗，砂芯表面變得粗糙，會影響排氣管內腔質量，因此需對砂芯刷涂料。生產實踐證明，涂料的浸潤厚度（見圖2）對產品質量影響很大（見表3）。

圖2 涂料的浸潤厚度

從表3可以看出，隨著涂料浸潤深度的逐漸加大，澆注后造成嗆火、起皮的缺陷比例明顯提高。為了解決這個問題，我們采取了多種方案進行生產試驗，現在比較成熟有效的方案是將水平刷涂料的方法更改為垂直刷涂料，也就是將砂芯豎直立起來刷涂料，這樣涂料的流淌速度加快，就可以很好地將涂料的浸潤厚度控制在1mm以內，保證了成品率要求。

表3 涂料層厚度產品質量影響

3 造型工序

造型工序是形成鑄件外觀質量的關鍵一步，我們使用148震壓造型機，同時對造型原材料采購以及混砂過程進行嚴格控制，煤粉及膨潤土等均使用進口材料，混砂設備采用進口的迪砂混砂線（型砂性能見表4）。在造型過程中，為了提高上型的透氣性，我們將上型硬度控制在75～80，同時在上型所有芯頭位置扎排氣孔，保證澆注時產生的氣體能夠及時排出。澆注后，沒有出現因造型質量問題而造成的廢品缺陷。

表4 型砂性能

4 清理工序

水套排氣管的清理主要包括水道和氣道。由于氣道空間較大，因此不存在清理問題。但是，由于水腔空間小（見圖3），所以水道內部的黏砂、毛刺及鐵豆等缺陷清理十分困難。經過多年工藝研究，我公司總結了一套完整的清理水腔工藝，解決了水腔清理問題。

圖3 狹小的水腔位置

1）常規的水腔拋丸，使用φ9mm噴頭對水腔進行內腔拋丸，拋丸后將鑄件安裝到專用旋轉工裝上，再使用高壓氣槍，將水腔內部的鋼丸盡可能地吹出來。

2）使用內窺鏡對水腔進行檢測，如果發現沒有拋丸掉的黏砂等缺陷，則采用高溫+振動的方法解決，即將鑄件加熱到600℃保溫1h，出爐冷卻后放到振動落砂機上面振動10min，基本可以解決水腔缺陷的清理問題。

3）對于局部死角位置沒有清理掉的黏砂及毛刺，使用高壓水槍進行定點清理。

經過上述3道工序，可以完全解決水腔的清理問題。

5 結束語

水冷排氣歧管生產的關鍵是制芯工序，由于是雙層結構，排氣性能差，所以一定要控制好覆膜砂的性能，并且要控制好涂料層浸潤深度；另外，清理也是關鍵工序，按照本文所述方法，可解決水腔黏砂、毛刺難清理問題，保證了鑄件表面質量。目前，我公司的水冷排氣歧管按照調整后工藝生產，可以把成品率控制在85%以上。