某型柴油機缸蓋縮松缺陷分析及解決措施

劉立強，趙永生，劉 婧，王振果

（濰柴（濰坊）材料成型制造中心有限公司，山東濰坊 261061）

0 引言

筆者所在工廠生產的某型柴油機缸蓋，其結構復雜、布局緊湊、鑄造工藝較差，生產中存在較多的孔洞類缺陷。本文針對某型柴油機缸蓋的縮松缺陷進行了分析，并提出了解決方案。

1 產品鑄造工藝及質量情況

某型柴油機缸蓋結構為四缸連體缸蓋（如圖1），材質為HT250，毛坯重量為28kg，單體砂芯重量45kg。砂芯包含底盤芯、上蓋芯、水夾層芯、進氣道芯、排氣道芯六種砂芯，前兩種砂芯為冷芯盒制芯，后四種砂芯為熱芯盒覆膜砂制芯。造型為潮模砂工藝，一箱四件，立澆底注工藝。

圖1 鑄件部分外觀

當前缸蓋主要缺陷為鑄件上表面內澆口位置孔洞缺陷（如圖2），占比70%，解剖后鑄件內部缺陷深度3～10mm 不等，且向內部延伸，造成鑄件產品性能較大隱患。

圖2 鑄件缺陷位置及形狀

2 缺陷原因分析

缺陷位置取樣后通過掃描電鏡化驗分析，缺陷處經超聲波清洗后進行電鏡觀察和分析（如圖3），判定缺陷處為縮松缺陷。縮松縮孔形成的基本原因，主要是由于合金的結晶溫度范圍較寬，樹枝晶發達，液態和凝固收縮所形成的細小、分散孔洞得不到外部液態金屬的補充而造成的[1]。

圖3 電鏡分析

缸蓋本身是內腔復雜的薄壁鑄件，鑄件的熱節部位，被砂芯包圍，它們的凝固收縮得不到鐵液補充時，很容易形成縮松[2]。缺陷位于澆注系統內澆道與鑄件連接處，此處為鑄件厚大位置，冷卻條件較差，存在熱節，易發生縮松縮孔等收縮缺陷[3]。

3 解決問題的措施

3.1 第一次工藝改進及驗證跟蹤

（1）改為底注澆注系統。鑄件內澆道布局考慮避開原有厚大位置，減少內澆口位置過熱風險。將原有的中注澆注系統改為底注澆注系統，修改內澆道為5 根圓柱形澆道（如圖4），并移動至排氣側底部臍子，保持原來總澆道截面積不變。

圖4 澆注系統改進

（2）澆注生產驗證跟蹤結果。澆注驗證40 臺，打箱清理后，跟蹤缺陷情況，5 處內澆口缺陷集中在最右端一處位置（如圖5），缺陷率高達80%。

3.2 第二次工藝改進及驗證跟蹤

（1）改進底注澆注系統。將出現缺陷位置的內澆口去除（如圖6），并增大其余四處內澆口截面積，確保總澆注截面積保持不變。

圖6 澆注系統改進

（2）澆注生產驗證跟蹤結果。澆注驗證40 臺，打箱清理后，跟蹤缺陷情況，縮松缺陷消除，但氣孔缺陷異常，氣孔缺陷率20%。

3.3 第三次工藝改進及驗證跟蹤

（1）改進底注澆注系統。恢復最右端內澆口設置，將內澆口形狀改為片狀扁澆道（如圖7）。

圖7 扁澆道位置

（2）澆注生產驗證跟蹤結果。澆注驗證40 臺，未發現縮松缺陷，氣孔缺陷3 臺，氣孔缺陷率7.5%。后續需要持續對澆注排氣系統進行優化，持續改善跟蹤。

（3）修改進氣道芯頭及下夾層芯頭排氣結構（如圖8），增加與底盤芯配合位置溢流冒口尺寸。后續通過500 臺批量生產跟蹤，未出現縮松缺陷，氣孔缺陷控制在0.6%以內。

圖8 排氣系統更改

4 結論

（1）結構緊湊的灰鐵連體缸蓋澆注工藝設計，內澆道布局不僅要考慮澆注過程的溫度梯度，更有必要避開產生熱節的厚大部位，減少收縮類缺陷產生。

（2）鑄造工藝更改不僅要關注單一缺陷的改善情況，要考慮綜合廢品率的波動情況，統籌解決鑄件缺陷問題。

（3）產品在工藝工裝設計階段，有必要提前考慮厚大部位熱節問題，合理布局澆注系統，減少后續工藝更改驗證造成的生產成本和時間成本。