柴油机气缸盖铸造工艺及质量控制

柴油机气缸盖铸造工艺及质量控制

sd615气罐盖是机车的主要零件，由水腔、呼吸道、油孔和螺钉孔组成。内腔结构极其复杂，壁厚不均匀。薄面长仅5mm，厚壁厚45mm，厚面长，造船难度大。铸件毛重21kg,材料牌号HT250,(硬度≥190HB),铸件经加工完工后要对水腔和气道等内腔进行≥0.5MPa的气密性试验,保压60s无泄漏现象,铸件的表面及内腔不允许有任何气孔、夹砂、夹渣、缩孔以及其它缺陷。为了更好地控制柴油机整机性能,工厂质量保证部取消了以往可对铸件实行的焊补、补胶、浸渗补漏等铸件挽救措施,铸件废品率在一定时期内大幅度上升,为了降低铸造废品率,降低铸造成本,对铸造工艺提出了更高的要求,增加了铸造工艺方面的难度。铸型采用湿型砂机器造型,砂芯均用覆膜砂制作。笔者将介绍铸造工艺和质量控制方面所采取的措施。1常见错误的原因和分析1.1气孔产生的原因气孔缺陷是导致报废数量最多的缺陷,经长时间的跟踪、统计,其报废比例占总废品数的50%左右。气孔产生的部位位于浇注位置的上表面,其大小为φ3~φ15mm,形状基本上呈圆球形和椭圆形,内表面较光滑。经分析,产生气孔的原因有以下几个方面:(1)型、芯砂的发气量较大,外型为湿砂,为了便于脱模,配砂时水的加入比例偏大,砂芯烘干温度略有偏低和烘干时保温时间不足。(2)型腔、砂芯的排气不畅。(3)烘干的砂芯未冷却便开始下芯,使湿型砂受热,其水分迁移至型腔的内表面,浇注时产生大量的气体。(4)浇注温度偏低、浇注时浇口杯中铁液未充满,浇注时间过长。(5)合箱后等待浇注的时间过长,浇注时溢流不足。(6)直浇道位置不当,造成远离直浇道的两件铸件产生气孔的几率大于靠近直浇道位置的铸件。1.2砂芯的清理砂眼主要是在下芯、合箱操作过程中引起的。在组装覆膜砂芯时,砂芯与砂芯之间留有打磨砂芯时的飞边未清除干净,浸涂料后粘附在砂芯上;手工下芯时未对正型腔,致使擦砂,下芯后因砂芯结构复杂,型腔中的砂块、散砂不能有效清除;合箱不平稳,导致上砂型与砂芯碰撞,使被破坏的砂块再次进入型腔。1.3浇注内浇口区域气缸盖产生缩松、缩孔的部位常位于内浇道处和四个强力螺栓孔处。原因有以下几点:(1)气缸盖为上下分型,浇注系统的设置为中注式,两个内浇口位于缸盖进气道端面的两边,在浇注后内浇口处铁液的温度相对较高,最后冷却、凝固,无足够的铁液对其进行补缩,造成该处出现小缩孔。(2)强力螺栓孔处铸造时为盲孔,经机加工为φ17×100mm的通孔,因壁厚较厚大,在冷却、凝固的过程中易产生缩松缺陷。(3)造成缩松、缩孔的最主要原因为铁液的成分波动较大,浇注时铁液成分不均匀,浇注温度偏高。1.4铸件渗流分析气缸盖加工完成后须100%进行气密性试验,经跟踪、统计,在产生渗漏的铸件中,绝大部分为强力螺栓孔旁出现渗漏,经解剖后观察、分析,其渗漏部位为缩松缺陷。偶尔有其它夹杂缺陷出现在其它部位而引起铸件渗漏。综合分析,产生渗漏的主要原因由缩松、缩孔引起。2防止缺陷产生的工艺改进2.1对注模砂型的铸造技术(1)严格控制型砂的水分含量(质量分数),工艺范围为3.8%~4.5%。为了尽量降低发气量,将面砂的水分含量控制在4.0%左右,背砂的水分含量控制在4.2%左右,既降低了发气量,又便于造型时能顺利脱模。(2)加强烘干。浸涂涂料后的砂芯立即通过砂芯烘干传输线进入烘干炉进行烘干,烘干温度由原来的180℃调整到190℃,保温时间增加30min,在保证砂芯强度的同时使砂芯的发气量得到了减少。(3)加强型、芯的排气。在铸件容易产生气孔的部位增加出气孔,使浇注时型腔中的气体能及时排出,将砂芯的排气通道加大,并将砂型上的砂芯出气孔用涂膏进行密封,使砂芯的排气更加通畅,避免了浇注溢流时铁液堵住砂芯的排气通道,减少了因砂芯排气不畅而进入型腔中。(4)减少砂型的水分迁移和砂芯的吸潮。对下芯时的砂芯温度进行严格控制,要求操作者必须准确记录砂芯烘干时的出炉时间,以便对砂芯冷却后的温度进行控制,砂芯的温度达到室温或潮模砂型的温度时进行下芯操作,砂芯冷却时须自然冷却,不得用含有大量水分的压缩空气进行强制冷却,避免了砂芯冷却时的大量吸潮。(5)加强浇注工序控制。加强了生产组织、协调,尽量缩短合箱后等待浇注的时间,在造型线上合箱后立即进行浇注。浇注温度由原来的1385~1395℃提高到1390~1400℃,使铁液中的气体能有足够的时间充分逸出。提高操作者技能,在整个浇注过程中始终保持铁液充满浇口杯,避免浇注断流使气体卷入铁液中。强化溢流,为达到充分溢流将低温铁液及气体带出型腔,在砂型上制作了溢流槽收集铁液,同时也减少了浪费,降低了铸造成本。(6)重新设置直浇道的位置。因造型线上的浇注葫芦位置的限制,原有工艺将直浇道设置在靠近操作者的一侧,经长期的生产发现,在远离直浇道处的铸件更容易产生气孔,经分析、研究,将直浇道的位置设置在一型四件的中间,为了便于浇注,制作了专用的浇口杯,减少了气孔的产生(见图1)。2.2砂块的压剪设置专人进行合箱时的检查和操作,以便合箱时平稳,避免刮砂后散砂、砂块进入型腔。根据产量的大小定期对砂箱、型板的销和销套以及合箱销进行更换,减少了砂眼和错边。2.3原铁液及最终成分控制(1)因为缩松的部位主要集中在内浇道附近,造型工艺方面在每件的两个内浇口处分别设置两个暗冒口,以便实现在冷却凝固的过程中对该部位进行补缩,该工艺改进后,扩大了对铁液成分的控制范围。(2)准确配料是获得优质铁液的前提条件,采用冲天炉熔炼铁液,尽量减少孕育量,孕育量由原来的约0.35%降为约0.2%,孕育处理时使用的孕育剂必须烘干。原铁液成分控制范围:w(C)3.30%~3.45%;w(Si)1.60%~1.85%;w(Mn)0.80%~1.20%;w(S)≤0.10%;w(P)≤0.10%;白口宽度:3.5~5.5mm。最终成分控制范围:w(C)3.20%~3.35%;w(Si)1.90%~2.20%;w(Mn)0.90%~1.20%;w(S)≤0.10%;w(P)≤0.10%;白口宽度:1.0~2.0mm。(3)降低浇注温度可有效地防止缩松、缩孔和渗漏的产生,但将使气孔缺陷增加。(4)由专人进行浇注。手工浇注时,操作工人的操作技能对铸件质量影响较大,在浇注的过程中必须始终保持铁液充满整个浇口杯,让铁液充分溢流。3浇注系统的设计(1)加强对型砂性能的控制,加强砂芯的烘干,保证砂芯,型腔的排气,防止砂型、芯吸潮