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1、柴油机缸体、缸盖等铸件质量改进与控制一汽无锡柴油机厂 应忠堂 韩振中 周建军摘要本文通过材质和工艺改进、原辅材料的选用、工艺过程的严格控制等措施，使车用柴油机缸盖、缸体铸件的质量得到有效的控制。前言一汽无锡柴油机厂铸造分厂，为工厂车用柴油机提供缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、飞轮和轴承盖等关键铸件。铸件重3200公斤，材质有高强度灰铸铁、蠕墨铸铁、多种牌号球墨铸铁。1998年新建造型、砂处理、熔化工部，面积84(2l+21)米。引进德国HWS静压造型线，砂箱尺寸1300900350350，每小时80型；引进德国EIRICHI混砂机，生产率120吨小时，美国Simpson双盘冷却器；熔化采用10吨小时
2、水冷冲天炉与美国Pillar公司210吨变频保温炉双联；浇注采用瑞士Meeana自动浇注机。缸体、缸盖制芯主要用美国B&P冷芯机和热芯机(射壳芯砂)。在车间技术改造基础上工艺不断改进、完善，严格管理，严肃工艺纪律，所有的六大类几十种各种不同材质铸件均在造型线上生产。2001年为工厂提供了4万吨优质铸件，至今综合废品率5，其中缸体废品率3、缸盖废品率7。虽然与国内外先进水平相比，我们还有差距，但是与过去相比不但产量大大提高，更主要是废品率大幅度降低，从而取得了明显的经济效益，也为整个工厂生产优质柴油机打下了扎实的基础。本文对近几年我厂在缸体、缸盖等铸件在质量改进和控制方面所做的工作以及一些心得体
3、会，向同行们作一汇报，作为抛砖引玉1 关于柴油机缸盖材质与工艺1.1 缸盖材质的选择缸盖结构复杂，壁薄，尺寸相差悬殊。缸盖受燃气压力和热冲击，要求材质有足够的强度、刚度和抗热疲劳性能，同时还要有好的铸造性能、低的白口倾向和内应力。国内外常用的缸盖的材质为低合金铸铁，牌号为HT250，在常规的灰铸铁成份中，加入适量的铜、铬、钼、锡、镍等合金元素。我厂八十年代初在刚试制61 10车用柴油机时，缸盖也采用铜铬钼合金铸铁，但两轮耐久试验均发现缸盖开裂。解剖分析开裂处珠光体量仅5060。后大胆改用蠕铁缸盖，开裂问题才得到彻底解决。蠕铁具有较高的强度和刚度、良好的导热能力，缸盖经受急冷急热时，断面上温差较
4、小，产生的热应力也较小，在一定的温度范围内仍能保持较好的机械性能、耐热疲劳性能，表面不易产生裂纹。其次，与合金铸铁相比，铸造性能好，缩松倾向小，渗漏率低等。所以蠕铁用于柴油机缸盖具有突出的优点。我厂6110车用柴油机缸盖一直采用蠕铁，生产已经20多年，使用可靠，基本上消灭了裂纹问题。经过工艺改进后，渗漏率也大大下降，综合废品率也降至7以下。但是普通蠕铁基体以铁素体为主，硬度较低，在高爆发压力下，缸盖螺栓的扭矩易降低。如果选用珠光体或铁素体、珠光体混合基体的蠕铁，可能会更加理想。当然蠕铁生产在控制上有一定难度，这可能是蠕铁至今没有十分广泛应用的原因之一。但是根据我厂的经验，只要适当选择蠕化剂和蠕
5、化处理工艺，严格操作，炉前很好地控制，蠕铁是不难生产的，我厂的蠕化成功率达到995以上。1.2缸盖铸造工艺铸造经过多年的发展，有很多几何形状类似的铸件都有相对成熟的工艺，许多铸造技术人员往往是参改经典工艺来进行工艺设计。缸盖采用底注式，盖面有冷冒口，就是经典工艺之一。我厂6110缸盖初期也采用这个工艺，见图l。虽经反复攻关，工艺不断改造，废品率始终居高不下，最高时达到50，一般均在20。25，废品主要是在各分散热节点有缩孔、缩松，往往是在精加工后泵水时在螺孔、挺杆孔或导管孔渗漏水，经济损失更为巨大。后来我们分析，由于缸盖材质是蠕铁，虽然缸盖是薄壁件，但分散的小热节点仍需要液态补缩，所以我们决心
6、放弃底注式，改用顶部压边冒口进铁。经过工艺改进和完善后，缸盖废品率降到57。通过缸盖质量攻关，使我们知道不能因循守旧，要勇于创新；同时也知道：对于有热节点的蠕铁或球铁铸件，适当的液态补缩是必不可少的，无论是顺序凝固工艺还是同时凝固工艺。1.3 缸盖铸型表面增强剂的应用在缸盖上线时，由于一箱两个缸盖的限制，外模内腔的吃砂量少，经常出现插气眼时把盖箱顶裂，从而导致冲砂或碎砂坭，后我们在原工艺完全不动的情况下尝试喷湿型砂专用表面增强剂，大大提高了外模表面强度，明显减少了内场砂坭报废和外场气道砂坭漏水。见表l2 关于缸体工艺的改进缸体铸件废品率长期来一直812之间徘徊，通过攻关现在稳定在23。我们主要
7、在铸型工艺、制芯工艺和型砂上做了工作。2.1 铸型工艺的改进由于机体废品降低到一定程度后，废品形式集中在几种：气孔、走铁水、夹子、冷隔等，针对这几种缺陷，铸造工艺进行改进：轴档的进铁方式改为主要底注式加轴档补充进铁，从而减少了夹子、冷隔；在铸件最高处脚板上增加两个冒口，基本消灭了走铁水的问题，见图2；气孔缺陷是通过树脂量的控制来有效解决的。 2.2 制芯工艺的改进随着三乙胺冷芯法在我国大部分地区的普及应用，我国很多大中型铸造厂都有冷芯，但对于冷芯的使用却不尽相同，我们原来是采用国内外公认的配方进行生产机体坭芯，即I：为60：40、树脂总量1.6、强度11.5Mpa(初强度终强度)、发气量151
8、6mlg，但问题是机体的气孔废品始终降不下来。后我们逐步调整树脂配方，在保证坭芯基本强度和铸件尺寸精度的情况下，最终定为I：为55： 45、树脂总量1314、强度0.81.25MPa、发气量10一11mlg，通过很长时间的验证，气孔的废品一直保持很低的水平，而其它问题如坭芯断、坭芯夹子并未增加。见表2铸件主要尺寸精度达CT78级，并未因为坭芯强度降低而使铸件精度降低。 23 型砂配比中大胆采用Fs粉代替煤粉过去我厂在型砂中也加煤粉来防止铸件粘砂，提高表面粗糙度。但长期来机体、飞轮等有大平面的铸件外模夹子严重，单项废品最高时达6。后改用Fs粉取代煤粉，湿型砂的流动性和韧性明显提高，所有铸件的夹子
9、缺陷基本消除(1)。Fs粉是一种复合型的型砂添加剂，其中包含型砂所需各种辅料，所以只需在混砂时加入微量，即可大幅度提高型砂的性能，从而有效地保证了铸件的质量。3 严格生产过程控制，用操作一致性来保证铸件质量的一致性传统的观念对铸造工艺的要求是适用范围越宽，越体现设计者的水平，铸件质量不稳定，废品率高，往往与铸造技术相等同，使许多技术人员吃了不少冤枉官司。我们首先是转变观念，教育工人，最佳的铸造工艺也是有适用范围的，铸件质量波动、废品率居高不下，主要是生产过程控制不严，型砂水份、铁水成份、浇注温度、浇注时间等工艺参数波动引起的。此外，通过技术改造，引进了全套的自动生产造型线、砂处理系统、自动浇注
10、机、变频保温炉和直读光谱仪等，这些均为操作一致性提供了设备保证；在此基础上对原有工艺进行改进，工艺范围适当收窄对型砂水份、铁水成份、浇注温度、浇注时间等摸索出最佳工艺参数，见表3。通过工艺参数范围收小，使生产过程的控制更为严格，大幅度波动明显减少，铸件质量稳定，减少了气孔、冷隔、缩孔缩松等废品。见表44 使用优质原辅材料降低废品率和铸件成本由于我国铸造行业发展仍比较落后，相关的原辅材料行业的发展与国外相比也很滞后，我国铸造行业使用的本土原辅材料的质量大多数较差，如果使用进口材料则其材料的单价成本比国内的高出很多，所以大多数铸造厂都是使用国内的原辅材料，如：集渣剂、孕育剂、过滤网等等。这一点我们
11、也是走过弯路的，如目动浇注机上用的随流孕育剂，我们最初是选用附近一厂家的产品，但由于其孕育剂的粒度不能保证，导致了我厂缸体大批报废，经分析是粒度有些太大，不能很快熔化堵塞过滤网眼，从而缸体出现类似气孔的浇不足，后我们选用一合资企业产品，虽然无上述问题，但生产出的缸体放置一、两天后底箱面就出现黄锈点，且喷丸无法清除，分析产生的根源仍是孕育剂的粒度或成份有问题，最后我们改用一进口随流孕育剂，经过一年多的使用，到目前尚未出现任何问题。又如我厂原曲轴生产用过滤网是一廉价陶瓷滤网片，由于一箱两根曲轴铁水量大，经常有因滤网冲碎而导致曲轴报废的问题，后改用进口过滤网，全部消除了这方面的废品，同时因过滤效果提
12、高，减少了曲轴探伤报废。虽然过滤网的成本上升，但减少的曲轴废品损失远超过了过滤网上升的成本。见表5所以我们在原辅材料的使用上原则是：只要能通过降低废损金额抵消原辅材料上升的成本，则采购使用最好的原辅材料，能国产则国产，国产解决不了的则进口。5 结论1、通过技术改造采用新设备、新工艺、新材料，能大幅度降低废品率、提高铸件综合质量，取得了较好的经济效益；2、在设备条件稳定情况下，寻求最佳工艺参数，严格控制较小的工艺范围，追求工艺参数的稳定性及生产控制一致性，将能保证铸件质量的稳定及一致；3、使用较好的原辅材料来提高铸件质量，减少的废品损失金额完全能抵消原材料增加的成本；4、工艺制作或改进不要受传统
13、工艺所左右，要针对不同铸件、不同要求大胆创新，才能取得突破性的成功；5、生产中在保证必须的技术性能要求时，尽可能降低坭芯发气量、减少合金加入量等，反而能提高质量，取得良好效益，否则是过犹不及。 摘要本文通过材质和工艺改进、原辅材料的选用、工艺过程的严格控制等措施，使车用柴油机缸盖、缸体铸件的质量得到有效的控制。一汽无锡柴油机厂铸造分厂，为工厂车用柴油机提供缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、飞轮和轴承盖等关键铸件。铸件重3200公斤，材质有高强度灰铸铁、蠕墨铸铁、多种牌号球墨铸铁。1998年新建造型、砂处理、熔化工部，面积84(2l+21)米。引进德国HWS静压造型线，砂箱尺寸1300900350350
14、，每小时80型；引进德国EIRICHI混砂机，生产率120吨小时，美国Simpson双盘冷却器；熔化采用10吨小时水冷冲天炉与美国Pillar公司210吨变频保温炉双联；浇注采用瑞士Meeana自动浇注机。缸体、缸盖制芯主要用美国B&P冷芯机和热芯机(射壳芯砂)。在车间技术改造基础上工艺不断改进、完善，严格管理，严肃工艺纪律，所有的六大类几十种各种不同材质铸件均在造型线上生产。2001年为工厂提供了4万吨优质铸件，至今综合废品率5，其中缸体废品率3、缸盖废品率7。虽然与国内外先进水平相比，我们还有差距，但是与过去相比不但产量大大提高，更主要是废品率大幅度降低，从而取得了明显的经济效益，也为整个
15、工厂生产优质柴油机打下了扎实的基础。本文对近几年我厂在缸体、缸盖等铸件在质量改进和控制方面所做的工作以及一些心得体会，向同行们作一汇报，作为抛砖引玉缸盖结构复杂，壁薄，尺寸相差悬殊。缸盖受燃气压力和热冲击，要求材质有足够的强度、刚度和抗热疲劳性能，同时还要有好的铸造性能、低的白口倾向和内应力。国内外常用的缸盖的材质为低合金铸铁，牌号为HT250，在常规的灰铸铁成份中，加入适量的铜、铬、钼、锡、镍等合金元素。我厂八十年代初在刚试制61 10车用柴油机时，缸盖也采用铜铬钼合金铸铁，但两轮耐久试验均发现缸盖开裂。解剖分析开裂处珠光体量仅5060。后大胆改用蠕铁缸盖，开裂问题才得到彻底解决。蠕铁具有较
16、高的强度和刚度、良好的导热能力，缸盖经受急冷急热时，断面上温差较小，产生的热应力也较小，在一定的温度范围内仍能保持较好的机械性能、耐热疲劳性能，表面不易产生裂纹。其次，与合金铸铁相比，铸造性能好，缩松倾向小，渗漏率低等。所以蠕铁用于柴油机缸盖具有突出的优点。我厂6110车用柴油机缸盖一直采用蠕铁，生产已经20多年，使用可靠，基本上消灭了裂纹问题。经过工艺改进后，渗漏率也大大下降，综合废品率也降至7以下。但是普通蠕铁基体以铁素体为主，硬度较低，在高爆发压力下，缸盖螺栓的扭矩易降低。如果选用珠光体或铁素体、珠光体混合基体的蠕铁，可能会更加理想。当然蠕铁生产在控制上有一定难度，这可能是蠕铁至今没有十分广泛应用的原因之一。但是根据我厂的经验，只要适当选择蠕化剂和蠕化处理工艺，严格操作，炉前很好地控制，蠕铁是不难生产的，我厂的蠕化成功率达到995以上。铸造经过多年的发展，有很多几何形状类似的铸件都有相对成熟
