简要 介 绍 了 4DD柴油机 缸盖的 原 铸造 工 艺 ， 对 4DD缸盖的 气孔 缺陷进行 了分 析 。 通过 对浇注 系统 、 排气 系统 、 芯 头 配 合 间隙 改 进 ， 消 除 了 铸造 气孔 缺陷 ， 提 高 了 铸 件合 格 率 。关键词 ： 铸 件 ； 浇注 系统 ； 气孔 ； 铸造缺陷作 者简 介 ：修 坤 (1964-),男 ， 博 士 , 高级 主任 师 ， 正 高 工 ， 研究 方 向为 汽 车铸 件 新 产品 开 发 。 电话 ： 0431-82023807, E-mail: kxiu66@163.com中 图 分 类 号 ： TG172 文 献 标 识码 ： B文 章编 号: 1001-4977(2020)04-0429-03收 稿 日期 ：2019- 08-07收 到初 稿 ，2020- 01-13收 到修 订稿 。缸盖 作为 柴油机 的 关 键部 件 ， 对 铸 件内 在 质量 、 内 腔 光 洁度 、 气密性 及 整 体 强 度 要 求 较高 ， 不允 许 有 任何 铸造缺陷 ， 经 机械 加 工 后 进行 气密性 试验 以 确 保其 密封 性 能 ~役 缸盖铸 件 结 构复杂 ， 壁 厚 差异悬殊 ， 铸造难 度 较 大 ， 废 品 率较高 。缸盖生 产 的 传 统 工 艺采用 水平 分 型 ， 对 缸盖铸 件 结 构 而言 ， 有 许 多弊 端 ， 如 缸 盖 水套 芯 断 芯 和 漂 芯 ， 气 道芯芯 头断 裂 形成废 品 ， 渣 眼 气孔比 较 严 重 。 采用立 浇工 艺 可以 改 变 水套 芯 和 气 道芯 受力 方 向 ， 改 变 铁 液流 向和 排气 补缩 位 置 ， 使 铸造 工 艺 更 加 趋 于合 理 。 在最 初 试 制 4DD缸盖 期 间 ， 主 要 出 现 气孔 等铸造缺陷 ， 铸 件 废 品 率 较高 。 经过铸造 工 艺调 整改 进 ， 大幅度提 高 了 铸 件合 格 率 。1 4 DD缸盖铸件结构特点4DD缸盖铸 件 外型尺寸 为 530 mm x 290 mm x 120 mm,重量约 41 kg,材 质 为 合 金 灰 铸铁 。 其主 要结 构 特 点是 ： 内 腔结 构复杂 ， 水套 芯由 双 层水套 组 成 ， 水套工 艺 孔 较 小 ， 砂芯 定 位及 砂芯 排气很困 难 ， 易 造 成断 芯 、 错 位 、 气孔 缺陷 ； 气 道 和 水 套壁 厚 4.0+1/-0.5 mm,细长 孔多 ， 易 错 位 ， 对型 芯 定 位 配 合 操 作 要 求 高 ； 孤 立 热 节 多 ， 容易 产 生缩 松 缺陷 ， 易导 致 渗漏 ； 内 外 表面质量 很 高 ， 进 气 道 及 排气 道粗糙 度 为 Rz80,内 腔 不 能 有 粘砂 和 大 于 0.5 mm的 残 留物 。 水套 和 油 道 100%气密性 试验 ， 不 得有渗漏 。2 4 DD缸盖铸件原铸造工艺及铸造缺陷分析2.1原铸造工艺原 工 艺 一 箱 4件 。 外型 使 用 湿型 砂 ， 采用 上 、 下两 箱造 型 。 芯 子 使 用 树 脂砂 冷 芯 ， 组 成整 体 芯 下到下 型 里 。铸造 工 艺采用组芯立 浇底注 阶 梯浇注 系统 。 该 底注 阶 梯浇注 系统铁 液 充 型比 较 平 稳 ， 不卷 气 。 温度场 分 布比 较 合 理 ， 利于 补缩 。 但 是 该 底注 阶 梯浇注 系统 因 结 构 比 较 复杂 ， 流 程较长 ， 可 能 会 导 致铁 液热 量 损失 较 多 ， 温度 降 低 较 快 ， 不利于 气 体 排 出 。2.2铸造缺陷及原因分析4DD缸盖铸 件 废 品 率较高 ， 对 铸 件产 生的缺陷进行 了分 析 ， 主 要铸造缺陷 是气 孔 ， 分 布在 铸 件上 表面 。 4DD缸盖铸 件 气孔 缺陷 如图 1所 示 。铸 型 中 水 份含 量 及 排气是 否 畅通 ， 以及 砂芯 中 树 脂 含 量 及 排气是 否 畅通等 是影 响 气孔 缺陷的重要 因 素 。 浇注时 ， 铸 型 及 砂芯 会产 生 大 量 气 体 ， 如果 砂芯 产 生的 气 体及 铸 型型 腔 中 的 气 体 没有 及 时排 出 就 可 能 形成 侵入 性气孔 。 因此 ， 砂芯 产 生的 气FOUNDRY 工艺技术 Vol.69 No.4 2020体及 铸 型型 腔 中 的 气 体 是形成气孔 缺陷的 主 要 因 素 。3 4 DD缸盖铸件铸造工艺改进(1)浇注 系统 改 进 。 浇注 系统 截 面积 改 进 ， 原 浇注 系统 截 面积 ， 直 浇 道 :横浇 道 :内 浇 道 为 1:1.15:2.1。 改 进 后 浇注 系统 截 面积 ， 直 浇 道 :横浇 道 :内 浇 道 为 l:1.76:2.6o(2 )浇注温度改 进 。 原 浇注温度 为 (1 430± 10 ) T,浇注时 间 为 20-25 s。改 进 后 浇注温 度 为 (1 440± 10)T,浇注时 间 为 16~20so基 于原 铸造 工 艺 浇注 系统 流 程较长 ， 改 进 后 的 浇 注 系统 应 力争 流 程短 。 改 进 后 的 浇注 系统采用立 浇底 注浇注 系统 ， 该 浇注 系统 及 模拟 结 果如图 2所 示 。图 2a-f分别 是 铸造 工 艺 三 维 图 、 缩 松情 况 、 充 型 粒 子流 动 轨迹 、 液 相率 分 布 、 充 型 过程 中 温度 分 布 、 充 型 过程 中充 型 速 度 分 布情 况 。 模拟 结 果显 示 浇注 系统 温度 场 分 布比 较 合 理 ， 铁 液 充 型比 较 平 稳 ， 不卷 气 ， 不产 生 飞 溅 ， 铁 液流 程短 ， 利于 铸 型型 腔 气 体 的 排岀 。(3 )排气 系统 改 进 。 在 铸 件上 表面 增 加 通 气 针 ， 利于 气 体 排 出 。 在 芯 头 上 钻通 气孔 ， 并 用石 棉垫 防 止图 1缸盖气孔缺陷Fig. 1 Gas blowholes in cylinder head(d) (e) (f)(a )铸造匸艺维图 ； (b )缩松情况; (c )充型粒子流动轨迹; (d )液相率分布;(e )充型过程中温度分布; (f)充型过程中充型速度分布图 2改进后的浇注系统及模拟结果Fig. 2 Improved gating system and simulation results2020年第 4期 /第 69卷 工艺技术 FOUNDRY铁 液 钻 入 ， 避 免 铁 液堵死排气 通道 ， 利于 芯 子排气 。 芯 头 上 钻通 气孔如图 3所 示 。(4)芯 子 配 合 间隙 改 进 。 芯 头定 位 间隙 0.1 mm, 其他 非 定 位 间隙 0.2 mm,避 免 铁 液把 芯 头 包住 ， 堵塞 排气 通道 。4生产验证通过 改 进 浇注 系统 、 排气 系统 及 芯 子 配 合 间隙 ， 在 后 续的生 产中上 述 气孔 缺陷问题 得 到了 解 决 ， 使 该 型 缸盖的 成 品 率达 到 95%以上 。在 生 产 线 上 进行 10轮 次 调试 ， 共 计生 产 4DD缸盖 1 500#,报废 65件 ， 废 品 率 仅为 4.3% 。 浇注 后 缸盖铸 件 抛 丸 清 理 ， 铸 件上 表面较 干 净 ， 无气孔 缺陷 ， 如图 4所 7J\ o5结束语4DD缸盖立 浇底注浇注 系统铁 液 充 型比 较 平 稳 ， 不 卷 气 ， 不会产 生飞 溅 ， 铁 液流 程短 ， 利于 铸 型型 腔 气 体 的 排 出 。 在 铸 件上 表面 增 加 通 气 针 ， 利于 气 体 排岀 。 在 芯 头 上 钻通 气孔 ， 并 用石 棉垫 防 止 铁 液 钻 入 ， 避 免 堵塞 排气 通道 ， 利于 芯 子排气 。 合 理的砂芯配 合 间隙 ， 避 免 芯 头 进 入 铁 液把 芯 头 包住 ， 避 免 堵塞排气 通道 。图 3芯头上钻通气孔Fig. 3 Vent holes drilled on core head图 4抛丸清理后铸件上表面Fig. 4 The upper surface of the casting treated by shot blasting参考文献 ：[1] 朱卫华.朱亚东.李海峰.等 .230型柴油机气缸盖铸造工艺设计及优化 [J].热加工工艺. 2017, 46 ( 7) : 105-112.[2] 毕国永.电喷铸铁缸盖铸造技术研究与应用 [J].汽车工艺与材料. 2016 ( 1 ) ： 20-24.[3] 孙晓敏.臧加伦.王勇.联体气缸盖铸造工艺设计探讨 [J].中国铸造装备与技术. 2016 (5 ) ： 23-26.[4] 康宽滋 .4JBI发动机缸体缸盖的铸造工艺特点及质量控制 [J].现代铸铁. 2001 ( 4 ) : 35-39.[5] 林在犁.发动机缸盖用灰铸铁的性能研究 [J].现代铸铁. 2015. 36 ( 6) : 1413-1416.[6] 杨双华.大型柴油机气缸盖铸造工艺设计 [J].现代铸铁 ， 2013 ( 1 ) ； 40-43.Improvement of Casting Process for 4DD Cylinder Head CastingsXIU Kun, ZUO Guang-zhi, MA Lin(Foundry Research Institute of FAW Foundry Co., Ltd., Changchun 130062, Jilin, China)Abstract:The original casting process of 4DD diesel engine cylinder head is briefly introduced, and the casting defects existing in the 4DD cylinder head are analyzed. Through the improvement of gating system, exhaust system and core head fit clearance the gas blowhole defects are eliminatcd, and the qualified rate of castings is improved.Key words:casting; gating system; gas blowhole; casting defect(编辑 ： 刘冬 ldm@ foundry world .com )
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