曲轴箱铸件铸造工艺的改进.pdf

铸造工程 Foundry Engineering 23 2016年第6期 曲轴箱铸件铸造工艺的改进 杜亚刚，马轾福，张会贤 （共享装备股份有限公司， 宁夏 银川 750021） 摘要：分析了曲轴箱铸件在铸造过程中产生夹砂、渗漏的原因。根据分析结果，改进了浇注系 统，增大了阻流截面积，修改了过滤网搭接形式，增加了顶面补贴，以及填砂固定和出气道定 位等措施，解决了曲轴箱铸件夹砂、渗漏等问题。 关键词：曲轴箱；夹砂；渗漏；浇注系统 中图分类号：TG242 文献标识码：B 文章编号：1673-3320（2016）06-0023-03 improvement in Casting Technology for a Kind of Crankcase DU Yagang, MA Zhifu, ZHANG Huixian (Kocel Manufacture Co., Ltd., Yinchuan 750021, Ningxia, China) Abstract: The reasons why defects such as sand inclusion and leakage produce in a crankcase castings during the pouring were analyzed. Based on the analysis results the precautions which include improvement in pouring system, increase in choke section size, modification of lapping fashion of filter net, addition of top pad, fixes of both packing sand and air flue have been adopted, thus removing the problems of sand inclusion and leakage. Key Words: crankcase; sand inclusion; leakage; pouring system 本公司生产的一种曲轴箱铸件是燃气内燃 机的重要零部件之一。该曲轴箱铸件打孔位置较 多，且缸孔、轴承座位置加工打孔后不允许有任 何夹砂、缩松等缺陷。由于该曲轴箱铸件结构 较为复杂，在生产过程中发生了夹砂、渗漏等缺 陷，影响产品质量，增加生产成本。 1 铸件缺陷原因分析 本文所述曲轴箱铸件属于薄壁V型结构。曲 轴箱单重：6 130 Kg；轮廓尺寸：3 351 mm× 1 020 mm×1 184 mm，主体壁厚12～85 mm。 为了能够准确分析影响曲轴箱铸件生产不良 的关键问题，就2015年至2016年质量系统中所录 的关于此曲轴箱铸件的质量记录进行统计分析， 曲轴箱铸件质量问题统计表见表1，质量问题的 Pareto图见图1。 表1 曲轴箱铸件质量问题统计表 问题类别 夹砂 渗漏 气孔 呛火 发生频次（个/件） 4 7 1 1 图1 质量问题的Pareto图 从表1和图1的统计分析可以看出，曲轴箱铸 件的主要质量问题为渗漏和夹砂，占比率达到了 84.6%。进一步通过对渗漏点的检查，发现多半的 收稿日期： 2016-10-11 作者简介： 杜亚刚（1991-） ，男，大学本科，材料成型及控制工程专业，主要从事铸造产品。 材料与工艺 24 2016年第6期 铸造工程 Foundry Engineering 渗漏都是由于铸件关键部位夹砂造成，主要体现 为夹砂所致的相应部位厚度不足或者夹砂所致的 致密性变差。 根据产品的技术要求，该曲轴箱铸件的顶面 和缸孔面属于加工面与装配面，该部位的加工余 量5 mm左右，因此这些部位不允许出现夹砂缺 陷。对前期曲轴箱铸件报废原因进行统计分析， 发现缸孔面和顶面夹砂是导致该产品报废的主要 原因。对该曲轴箱铸件铸造工艺讨论分析，认为 曲轴箱铸件顶面在浇注过程中位于浇注的底面， 由于采用开放式浇注系统，直浇道作为阻流截 面，尺寸较小，在浇注过程中，浇注时间过长， 导致高温铁水长时间冲刷下箱面，使得该部位型 砂溃散，造成缸口和顶面夹砂。 为能够全面分析曲轴箱夹砂、渗漏缺陷，开 展了现场合箱过程的监控、打箱后浇注系统的解 剖分析和抛丸后铸件表面检查等工作。通过对以 上工作的统计分析：（1）合箱过程对型腔的清理 及下芯过程都符合工艺要求，不是产生夹砂缺陷 的主要因素；（2）浇注系统解剖结果显示，铁水 质量较差，浇注系统内存在大量的夹渣，并且浇 注过程存在披缝浇注，导致铸件夹渣渗漏，是导 致铸件渗漏的主要因素；（3）观察抛丸后的铸 件，发现铸件下箱面表面凹凸不平，说明铁水在 下箱面冲刷时间过长。 通过以上理论与实践分析，发现引起曲轴箱 铸件夹砂缺陷的根本原因是浇注系统设计不合理 所致，具体体现在以下2个方面： （1）该曲轴箱铸件浇注系统为开放式浇注系 统，直浇道为阻流截面，由于工艺设计直浇道截 面积偏小，导致铸件浇注时间过长。由于浇注时 间变长，金属液对铸型长时间的冲刷致使下型表 面砂子溃散，形成夹砂缺陷。 （2）浇注系统和铸型之间存在披缝浇注，不 干净铁水没有经过过滤网直接进入型腔，导致夹 渣。 针对渗漏缺陷还有以下2个原因： （1）曲轴箱铸件下型中的凸轮孔芯与主芯 间是胶黏接，而胶结剂在浇注时会产生大量的气 体，导致金属液中气体含量超标，造成铸件气孔 缺陷。 （2）曲轴箱铸件下型中的气腔芯芯头部位的 出气道设置不良，导致气腔砂芯出气不畅，使得 铸件气腔部位易产生气孔缺陷。 2 铸件质量的改进措施 根据以上分析得到的引起曲轴箱铸件夹砂缺 陷的根本问题，提出了以下改进方案： （1）增大阻流截面。增大阻流截面即增大 直浇道尺寸，由原来￠90 mm的直浇道改为￠100 mm的直浇道，减少浇注时间。 （2）修改过滤网搭接形式。在原浇注系统 中，过滤网竖直插在横浇道和内浇道之间，操作 过程复杂，并且不利于横浇道和铸型之间披缝 的封堵，现将过滤网压在横浇道下方，水平放置 过滤网，操作简单，降低操作难度，避免披缝浇 注，保证干净的铁水铸型，消除夹渣缺陷。 （3）增加顶面补贴。对曲轴箱铸件顶面增加 3 mm补贴，然后通过机加工去除（满足图纸的技 术要求）。 改进后浇注系统的设计参数见表2，改进后浇 注系统结构如图2所示。 表2 改进后浇注系统的设计参数 名称 规格/mm 数量 截面面积/mm 2 截面比例 直浇道 ￠100 1 7 850 1 横浇道 (70+80)×100/2 2 15 000 1.9 内浇道 (82+92)×12/2 18 18 792 2.4 图2 改进后浇注系统结构 针对气孔缺陷导致的曲轴箱铸件渗漏问题， 提出了如下2个改进方案： （1）填砂固定。在下型和凸轮孔芯上分别制 作填砂槽，凸轮孔芯通过填砂固定，不再使用胶 结剂，从而大幅减少发气量。凸轮孔芯填砂固定 方式如图3所示。 铸造工程 Foundry Engineering 25 2016年第6期 图3 凸轮孔芯填砂固定方式 （2）出气道定位。规范下型上气道摆放，在 模样上制作出气道定位，气道一头固定在模具定 位上，另一头从箱口面引出，确保气腔芯出气顺 畅。规范下型上气道摆放，在模样上制作出气道 定位，气道一头固定在模具定位上，另一头从箱 口面引出，确保气腔芯出气顺畅。 采用以上改进方案试生产曲轴箱铸件10件， 并对所生产的曲轴箱进行外观、渗漏和UT等检 查，检测结果如下： （1）铸件外表面的散砂明显减少。 （2）缸孔处未出现夹砂缺陷。 （3）铸件顶面未出现夹砂缺陷。 （4）铸件气腔部位无气孔造成的渗漏缺陷。 3 结论 经过对燃气内燃机曲轴箱铸件的夹砂、渗漏 问题改进，总结了以下铸造工艺设计经验： （1）设计时应尽量避免采用胶结剂黏结砂 芯。 （2）水管、油管、气腔及水套等关键部位的 砂芯，应严格控制砂芯的出气结构。 （3）浇注系统的设计应在符合浇注原理的前 提下，根据铸件结构进行一定的调整和优化。 合肥丰里达铸造材料工贸有限公司 专业产品——铸造涂料 特别推荐浅色醇基V法涂料 本公司前身为合肥中市强力新型材料厂。主要产品为铸造涂料，包括石墨、棕刚玉、锆英 粉、镁橄榄石、铬铁矿涂料。其中浅色醇基V法造型涂料已在合肥铸锻厂和中日合资安东铸造 有限公司长期用于浇注叉车平衡重铸铁件。该涂料涂挂性好，抗粘砂能力强，浇注后能在铸件 表面形成易剥离的烧结层，从而减轻了清砂劳动；同时不含石墨，有利于环保。该涂料于2007 年通过省级鉴定（证书编号：07-090-01）。 本公司与合肥工业大学、合肥铸锻厂共同研制的水基铸铁消失模涂料已于2001年6月通过 省级鉴定（鉴定证书号：01-146-01），并在合肥铸锻厂等单位用于浇注制动鼓、变速箱体等铸 件。该涂料流变性好，附着力强，涂层透气性好。浸涂时，能在泡沫塑料模样表面形成均匀而 牢固的涂层。浇注后，涂层易剥离，铸件无粘砂、气孔、渣孔等缺陷。 2012年本公司研制成功粉状V法涂料。该涂料只需添加乙醇（或甲醇）经高速搅拌后即可 使用，性能良好，适用长途运输，深受外省（市）用户欢迎。铬铁矿涂料具有良好的抗渗透 性，适用涂挂易被铁水渗透的砂芯。 欢迎广大新老用户来电、来函联系 厂址：合肥市合瓦路岗集镇龙岗村 电话：0551-66779891 62909417 手机：13955196122 传真：0551-62909417 曲轴箱铸件铸造工艺的改进 杜亚刚 等