WP7缸蓋內(nèi)腔鑄造缺陷的控制

梁 泉，楊 華，季順業(yè)，齊亞平，趙亞芹

（1.山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250061；2.濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊市 261001）

WP7缸蓋內(nèi)腔鑄造缺陷的控制

梁 泉1，2，楊 華1，季順業(yè)2，齊亞平2，趙亞芹2

（1.山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250061；2.濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊市 261001）

針對(duì)我公司新開(kāi)發(fā)的WP7缸蓋鑄件內(nèi)腔出現(xiàn)的燒結(jié)、脈紋、殘留砂等問(wèn)題，從制芯覆膜砂材料、涂料等入手進(jìn)行試驗(yàn)分析：最后確定采用高溫低膨脹的覆膜砂和3861涂料有效解決了WP7缸蓋內(nèi)腔燒結(jié)和脈紋缺陷；并從制芯覆膜砂常溫抗拉強(qiáng)度、潰散性及清理工藝方面進(jìn)行分析試驗(yàn)，確定了適當(dāng)?shù)母材ど俺乜估瓘?qiáng)度和鑄件清理工藝方案，有效地解決殘留砂的問(wèn)題。

缸蓋；鑄造缺陷；覆膜砂；潰散性

WP7柴油機(jī)是濰柴動(dòng)力股份有限公司新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，其缸蓋為連體形式，每件重90kg，鑄造工藝采用平澆，內(nèi)澆道是采用頂注和中注結(jié)合方式；澆注溫度在1410～1430℃之間，在試生產(chǎn)時(shí)鑄件內(nèi)腔質(zhì)量達(dá)不到工藝要求，主要原因是內(nèi)腔夾層芯局部燒結(jié)、脈紋、內(nèi)腔殘留砂等缺陷。

1 內(nèi)腔燒結(jié)、脈紋缺陷分析與解決

WP7缸蓋內(nèi)腔缺陷主要是形成水腔的上、下夾層芯易產(chǎn)生燒結(jié)及脈紋，特別是上夾層芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，芯子壁厚不均勻，最薄處只有4.5mm，如圖1。對(duì)于內(nèi)腔局部燒結(jié)、脈紋缺陷，分析認(rèn)為主要是夾層芯子所使用的覆膜砂高溫性能不夠，澆注時(shí)受高溫鐵液烘烤造成砂芯受熱膨脹、開(kāi)裂，產(chǎn)生局部燒結(jié)或脈紋。

1.1 低膨脹KFND覆膜砂試驗(yàn)

開(kāi)始驗(yàn)證生產(chǎn)時(shí)夾層芯所用覆膜砂的原砂是經(jīng)過(guò)焙燒的普通硅砂，發(fā)現(xiàn)內(nèi)腔燒結(jié)、產(chǎn)生脈紋缺陷比較嚴(yán)重。后來(lái)采用北京仁創(chuàng)的加入一定量寶珠砂的KFND覆膜砂，由于寶珠砂主要成分是氧化鋁,耐火度≥1790℃，熱膨脹率為 0.13%(1000℃加熱 10min）,所以對(duì)解決內(nèi)腔燒結(jié)和脈紋有較好的作用。用含有寶珠砂的KFND覆膜砂在WP7缸蓋上、下夾層芯制芯，涂料用原來(lái)的福士科涂料，鑄件內(nèi)腔燒結(jié)、脈紋得到很大的改善（解剖如圖2）。

1.2 3861涂料的使用

此前我們使用的某公司的涂料，在浸涂后涂料浸入芯子內(nèi)比較多，涂料烘干后表面強(qiáng)度較低。基于此，我們改用杜倫斯涂料有限公司的3861涂料在WP7缸蓋進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1。

經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)比較可以看出，用流量計(jì)測(cè)量在同樣濃度下，3861涂料在芯子的涂層厚度高于此前使用的涂料。芯子烘干后涂料浸入芯子內(nèi)的厚度也小于此前；在同樣的烘干條件下，用3861涂料的砂芯殘留水分為0.3%～0.4%，而此前為0.35%～0.6%。

表1 3861涂料和某公司涂料浸涂參數(shù)比較

用涂掛層厚和表面強(qiáng)度高的3861涂料，夾層芯砂用KFND覆膜砂產(chǎn)生的WP7缸蓋內(nèi)腔質(zhì)量得到徹底解決，缸蓋內(nèi)腔沒(méi)有燒結(jié)和脈紋缺陷，但下夾層芯有少量殘砂，在鑄件上有少量黑色粉末，我們認(rèn)為是涂料的殘留物，對(duì)鑄件內(nèi)腔質(zhì)量影響不大（如圖3）。

1.3 制芯工藝分析

WP7缸蓋主要出現(xiàn)問(wèn)題的芯子是上夾層芯子，上夾層芯子使用的是水平分盒的熱芯盒制芯，這種制芯方式適合比較大的芯子。由于水平分盒射砂嘴比較多，芯子修磨多，而且水平分盒還易產(chǎn)生分層固化，澆注時(shí)鐵液易鉆入芯子里面，在內(nèi)腔產(chǎn)生薄鐵塊（如圖4）。要想減少芯子分層固化，除了在制芯操作中控制好加熱溫度、射砂壓力之外，選擇射砂方式也很重要，垂直分盒制芯比水平分盒制芯不容易出現(xiàn)分層固化。

2 內(nèi)腔殘留砂問(wèn)題分析與解決

2.1 覆膜砂潰散性影響

覆膜砂的潰散性與原砂的粒度、原砂的成分、樹(shù)脂的質(zhì)量、樹(shù)脂的加入量等有關(guān)，但在其它原材料不變的情況下，樹(shù)脂加入量越大，常溫抗拉強(qiáng)度越高，潰散性越差。我們?cè)陂_(kāi)始試驗(yàn)KFND覆膜砂時(shí)用的常溫抗拉強(qiáng)度是5.9MPa，內(nèi)腔殘留砂很多（如圖5），而且砂子殘留強(qiáng)度高不易清除。從覆膜砂常溫抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定看，常溫抗拉強(qiáng)度只要能滿足制芯和修芯要求即可，不宜太高，一般為3.6～4.0MPa。

2.2 清理工藝

由于WP7缸蓋是新開(kāi)發(fā)的，沒(méi)有專(zhuān)用清理設(shè)備，只是借用原來(lái)的清理設(shè)備；試生產(chǎn)時(shí)我們采取兩種清理方案，分別如下：

方案一：貫通拋丸→震擊→細(xì)清→震擊取芯；

方案二：履帶拋丸→細(xì)清→震擊取芯。

在試驗(yàn)過(guò)程中方案二優(yōu)于方案一，但方案二由于履帶拋丸容量較小，一次只能拋一件，不適用批量生產(chǎn)，而且震擊取芯機(jī)是借用的，效果也不太理想。

重新考慮清理工藝，新增加一臺(tái)專(zhuān)用震擊取芯機(jī)，用鼠籠式拋丸機(jī)，工藝改為：貫通拋丸→震擊取芯→細(xì)清→鼠籠拋丸。此清理工藝有效地解決了WP7缸蓋內(nèi)腔殘留砂問(wèn)題。

3 結(jié)論

（1）低膨脹的覆膜砂和優(yōu)質(zhì)涂料能夠有效減少內(nèi)腔燒結(jié)和脈紋問(wèn)題。

（2）砂芯質(zhì)量和制芯工藝的選擇也是提高缸蓋內(nèi)腔質(zhì)量不可缺少的措施。

（3）覆膜砂的常溫抗拉強(qiáng)度并不是越高越好，只要能滿足制芯和修芯要求，常溫抗拉強(qiáng)度越低，覆膜砂潰散性越好，清理殘留砂越容易。

（4）合理的清理工藝和好的清理設(shè)備是解決殘留砂有效地措施。

[1]江賢波，周杰，邵丁偉.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋覆膜砂性能研究與優(yōu)選.鑄造技術(shù)，2006（10）.

[2]張才元,胡世榮,杜祖恒.酚醛樹(shù)脂的抗氧化易潰散及防脫殼性能探討.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2002（2）:44－45.

Control of Foundry Defects on Inner Cavity of Model WP7 Cylinder Head

LIANG Quan1,2,YANG Hua1,JI ShunYie2,QI YaPing2,ZHAO YaQin2
（1.School of Material Science&Engineering Shandong University,Jinan 250061,Shandong China；2.Wufang Diesel Engine Power Co.Ltd.,Wufang 261001,Shandong China）

Aiming at defects on inner cavity of Model WP7 cylinder head newly developed by our company,experiments and analysis on resin coated sand for core making,coatings etc.have been done.Resin coated sand with low expansion at high temperature and#3861 coating have been determined and an effective solution to problem as sintering and vein.Experiments and analysis on room temperature tensile strength of resin coated sand,collapsibility and cleaning technology have led to proper tensile strength of resin coated sand and cleaning hence residual sand problems solved.

Cylinder head；Foundry defects；Resin-coated sand；Collapsibility

TG245;

B；

1006－9658（2011）03－3

2011－01－21

2011－009

梁泉（1978－），男，工程師，主要從事鑄造工藝設(shè)計(jì)