汽車(chē)氣缸體鑄件缺陷防治與對(duì)策
2018-1-10 來(lái)源：哈爾濱東安汽車(chē)動(dòng)力股份有限公司 作者：姜 勇
【摘 要】 汽車(chē)氣缸體和氣缸蓋是由灰口鑄鐵鑄成的多薄壁零件。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，由于燃料的燃燒，氣缸體和氣缸蓋在工作中承受高溫、高壓和交變載荷，以及鑄件內(nèi)部殘余內(nèi)應(yīng)力的作用，使用一段時(shí)間后或汽車(chē)使用操作不當(dāng)，維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，就會(huì)使氣缸體和氣缸蓋出現(xiàn)缺陷。氣缸體或氣缸蓋存在缺陷時(shí)，輕者會(huì)使汽車(chē)出現(xiàn)漏油、漏氣現(xiàn)象；嚴(yán)重時(shí)汽車(chē)不能啟動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)力。其常見(jiàn)缺陷的原因及檢修方法如下。
【關(guān)鍵詞】 汽車(chē)；氣缸體；鑄件缺陷；防治對(duì)策
鑄造零件在澆注過(guò)程中，由于各種原因容易造成砂眼、氣孔、局部疏松、夾渣、裂紋等鑄造缺陷，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量。鑄造缺陷有些是外露的，可通過(guò)機(jī)械加工予以修復(fù)，而有些內(nèi)部缺陷往往需要在精加工或使用過(guò)程中才能發(fā)現(xiàn)，給修復(fù)造成很大困難，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成廢品，給企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。鑄造缺陷產(chǎn)生的部位和嚴(yán)重程度決定了鑄件是否可以修補(bǔ)或直接報(bào)廢。隨著新技術(shù)、新材料的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)鑄件缺陷的修復(fù)又有了許多新的方法。本文主要介紹對(duì)氣缸體灰鑄鐵鑄件不同的鑄造缺陷，并提出了相關(guān)的措施。
1、汽車(chē)氣缸體鑄件缺陷分析
1.1 主軸承座孔磨損
主軸承座孔磨損的原因主要有三個(gè)方面：一是由于軸瓦與座孔配合松動(dòng)；二是由于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生燒瓦故障，軸瓦隨曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)造成的；三是由于氣缸體變形引起主軸承座不同心。
1.2 氣缸體裂紋
由于發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中過(guò)熱，如果突然遇到驟冷（如向發(fā)動(dòng)機(jī)潑冷水），就會(huì)導(dǎo)致氣缸體發(fā)生裂紋。另外冬季停車(chē)后冷卻水未放凈，也會(huì)造成氣缸體凍裂。
1.3 氣缸體穿孔
氣缸體穿孔一般是由于事故引起的。例如發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，如果連桿螺栓松動(dòng)或折斷、連桿折斷等，所產(chǎn)生的沖擊力也會(huì)造成氣缸體穿孔。
2、缺陷原因分析
氣缸蓋廢品比較高，其主要廢品是氣孔，占總廢品的80% 以上，缸蓋廢品氣孔產(chǎn)生的原因很多，但主要原因是缸蓋內(nèi)腔水套芯發(fā)氣量大，而且砂芯的排氣不好，缸蓋澆注時(shí)鐵液鉆通氣針。在缸蓋上部產(chǎn)生氣孔，要解決缸蓋氣孔廢品，也應(yīng)通過(guò)減少砂芯發(fā)氣和加強(qiáng)排氣防止鐵液鉆入通氣針。氣缸蓋鑄件滲漏缺陷部位通過(guò)解剖鑄件，利用放大鏡及電子顯微鏡等工具進(jìn)行觀察和分析，滲漏主要與砂眼、氣孔、縮松、雜質(zhì)等缺陷有關(guān)。
3、汽車(chē)氣缸體鑄件缺陷的防治措施
3.1 加強(qiáng)電爐熔煉的原材料質(zhì)量控制
消除一切可能提高鐵水含氮量，潛在因素加強(qiáng)監(jiān)控廢鋼質(zhì)量，不用銹蝕嚴(yán)重的；增碳劑實(shí)行批次檢查，嚴(yán)控增碳劑含氮量；適當(dāng)調(diào)整廢鋼配料比例，降低原鐵水中氣體含量；②減少可能增加鐵水中氫含量的途徑：對(duì)澆包實(shí)行點(diǎn)檢管理，保證澆包使用時(shí)干燥；各種原輔材料在存放、使用過(guò)程中保證材料的干燥；
3.2 鑄造過(guò)程的質(zhì)量控制
1）鑄造公司必須組建氣缸體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目組，集中力量進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。按照APQP的要求開(kāi)展工作。抓住鑄造工藝設(shè)計(jì)及評(píng)審、模具設(shè)計(jì)及評(píng)審、模具驗(yàn)收及調(diào)試等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為鑄件的開(kāi)發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)。2）質(zhì)量控制文件的編寫(xiě)和落實(shí)。組織相關(guān)人員，分工合作。編寫(xiě)了所有的質(zhì)量控制文件，在實(shí)際調(diào)試中使各部門(mén)的工作有文件作指導(dǎo)，并作好記錄，出現(xiàn)問(wèn)題可以追溯原因，也為文件的修訂和完善提供了依據(jù)。3）鑄件的檢驗(yàn)。鑄件清理后，采用三維掃描比對(duì)的方式進(jìn)行尺寸檢查。內(nèi)腔的尺寸需要解剖后進(jìn)行掃描比對(duì)；細(xì)致的檢測(cè)采用三坐標(biāo)進(jìn)行。按照要求對(duì)鑄件進(jìn)行本體取樣和檢測(cè)，如圖1 所示。
圖1 鑄件的掃描檢測(cè)
3.3 完善制芯、組芯工藝，覆膜砂高溫性能入廠檢測(cè)
鉆芯是指鐵水在澆注過(guò)程中通過(guò)砂芯配合間隙鉆入砂芯空腔或者型腔中，鐵水燒壞砂芯壁薄處，導(dǎo)致鑄件易形成澆不足、鐵包皮或氣孔缺陷，鉆芯的危害性極大，既浪費(fèi)鐵液又影響生產(chǎn)。BL18T 氣缸體生產(chǎn)初期鉆芯問(wèn)題嚴(yán)重時(shí)，不良率高達(dá)50% 以上，其中鉆芯廢品占廢品的80%。
1）完善制芯工藝，嚴(yán)格檢查，發(fā)現(xiàn)主體芯沾加熱棒，馬上清理，每隔20min 檢查一次。2）檢查主體芯頂桿處是否有裂紋，扔掉裂紋砂芯，把頂桿調(diào)到要求長(zhǎng)度。3）每次新更換模具時(shí)，要求必須測(cè)量主體芯，主體芯頂桿坑深度≤ 0.6mm，要求每50 件檢查一次主體芯壁厚，主體芯壁厚≥ 6.0mm。4）主體芯模具溫度設(shè)定在280℃～ 330℃之間，砂芯固化時(shí)間120s ～ 150s，嚴(yán)防熱芯盒模具的變形。覆膜砂的高溫性能決定了砂芯在澆注條件下的狀態(tài)，高溫性能不良在澆注時(shí)會(huì)變形、開(kāi)裂、斷芯等，直接影響鑄件質(zhì)量與成品率。如果覆膜砂入廠只檢測(cè)常溫性能，檢測(cè)起不到有效的控制作用。通過(guò)購(gòu)買(mǎi)高溫性能儀，對(duì)覆膜砂的高溫性能進(jìn)行檢測(cè)，制定出合適的控制范圍，每批入廠覆膜砂都對(duì)其常溫性能和高溫性能進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)與廠家進(jìn)行對(duì)標(biāo)，統(tǒng)一操作方法，這樣能有效的控制由于砂芯引起的各種缺陷。
3.4 氣孔的改良措施
油路芯集中氣孔較多，見(jiàn)圖2，為了消除氣孔，先在此處安設(shè)了扁氣眼針，見(jiàn)圖3，雖然有助于改善氣孔問(wèn)題，單效果較小，同時(shí)造成該處清理困難。后來(lái)將該處增加強(qiáng)筋，取消扁氣眼針，該處氣孔缺陷有名明顯的改善，同時(shí)解決了打磨困難的問(wèn)題，見(jiàn)圖4。
圖2 油路芯氣孔
圖3 油路芯氣孔圖
圖4 油路芯氣孔
所以，排氣針在氣缸體上分布應(yīng)盡可能的合理，不是排氣針越多越好。但減少了排氣針，如何保障鑄件的排氣面積呢？我們采用了目前先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)理念，將排氣針設(shè)置在鑄型外側(cè)，把排氣引向非鑄件形成區(qū)域，將鑄件形成區(qū)域的排氣針盡可能的取消。
綜上所述，在主體芯之間增加“凸凹”配合防火槽，取消組芯工藝難度大結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件主體芯之間的次級(jí)分配直澆道及其上內(nèi)澆道，可以有效解決鉆芯問(wèn)題。覆膜砂的高溫性能決定了砂芯在澆注條件下的狀態(tài)，直接影響鑄件質(zhì)量與成品率，必須對(duì)覆膜砂的高溫性能進(jìn)行入廠檢測(cè)并制定出合適的性能指標(biāo)控制范圍。在上箱工藝孔上安置彈性耐高溫特種墊片，既解決了型芯配合尺寸問(wèn)題又有效解決工藝孔排氣問(wèn)題，將鑄件形成區(qū)域的排氣針盡可能的取消，將排氣針設(shè)置在鑄型外側(cè)，把排氣引向非鑄件形成區(qū)域，排氣效果頗佳。
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