复杂箱体类铸件的生产

杨恒远，毕海香，张聚辉，董志鹏，于建忠

（潍柴重机股份有限公司，山东潍坊261108）

复杂箱体类铸件的生产

杨恒远，毕海香，张聚辉，董志鹏，于建忠

（潍柴重机股份有限公司，山东潍坊261108）

以某前端箱体为例，介绍了复杂箱体类铸件生产过程中遇到的典型缺陷，并通过对缺陷的分析，制定工艺改进方案，从而提高铸件的成品率，提升客户满意度。

箱体铸件；缺陷；工艺改进方案；成品率

复杂箱体结构铸件，由于内部存在许多纵横交错的油路、水路，所以其铸造难度非常大，给铸造生产带来很大的困难，甚至有的铸件长期成品率较低[1]。本文主要以某型前端箱体为例，对复杂箱体铸件的生产过程中遇到的典型缺陷进行分析并制定改进措施。

1 简介

某型前端箱体是我公司引进的战略产品，其内腔结构十分复杂，且需要进行水压、气压试验，质量要求非常高。

该前端箱体属于复杂箱体类铸件（见图1），采用碱性酚醛树脂砂工艺进行生产。材质为HT300，毛坯重量约700kg，轮廓尺寸为1196mm×800mm× 586mm，其内腔由30余个砂芯组成上、中、下三层相通或不相通的油路和水路，主要壁厚为10mm.

在铸造生产验证过程中铸件存在气孔、砂眼、冷隔、偏芯等缺陷，成品率较低。

2 原因分析及工艺改进

2.1 气孔

图1 前端箱体

金属液在凝固过程中，陷入金属中的气泡在铸件中形成的孔洞，称之为气孔。气孔形成的原因基本上是由于在金属液凝固时铸件上某一部位的局部气体压力超过了金属液的压力。气体总是顺着阻力最小的通路流动，因而，它通常都朝着铸件的上部移动。气孔又称气眼、气泡，是铸造生产中常见的铸件缺陷之一。

对所有的气孔缺陷来说，有两种可行的解决办法：1）改变某些因素，以减少发气量或气体压力；2）在发气量不变的情况下，采取措施使气体容易逸出，或提高压力，在气体构成缺陷之前，使气体从原有的出气孔中排出。有时，气孔问题十分严重，必须同时采用上述两种方法[2]。

在实际生产验证过程中，该前端箱体出现的气孔缺陷均位于铸件顶面，见图2.

图2 气孔缺陷

通过对铸件结构及缺陷出现位置的分析，认为造成气孔缺陷的主要原因包括：1）砂芯制芯采用碱性酚醛树脂砂工艺生产，发气量大；2）铸件结构复杂，砂芯数量多，而且大部分砂芯都被包裹在铁液中，砂芯的出气孔少，同时设计时排气面积不足，砂芯中的气体难以排出；3）浇口杯借用其他铸件浇口杯，仅仅起到承接铁液的作用，铁液压头不足；4）浇注温度偏低。

针对上述问题，进行了分析和改进：1）砂芯制芯工艺受工艺装备的限制，不可能改变，虽然前端箱体铸件结构复杂，但砂芯也可分为相对复杂和结构简单的砂芯，对相对复杂的砂芯，为了保证砂芯强度，树脂加入量不调整，但针对结构简单的砂芯，适当降低树脂加入量，以减少发气量，即不同砂芯，采取不同的树脂加入量；2）增加砂芯的出气孔，在砂芯制芯过程中，砂芯的芯骨部位缠绕通气绳（见图3），以保证砂芯内部的气体及时逸出，同时增大排气面积，保证砂芯中气体的顺利排出；3）制作专用浇口杯，保证铁液压头；4）提高浇注温度，由原先的1 375℃～1 385℃提高至1 390℃～1 400℃.

图3 芯骨缠绕通气绳

经过改进，气孔缺陷得到显著改善。

2.2 砂眼

铸件表面或内部包容着砂粒的孔穴，称之为砂眼缺陷。砂眼缺陷也是铸造生产中常见的缺陷之一。前端箱体的砂眼缺陷主要出现在砂型底部，造成铸件缺料，见图4.

图4 砂眼缺陷

对前端箱体生产过程进行跟踪，认为砂眼缺陷出现的原因包括：1）浇注系统受铁液的长时间冲刷导致；2）型腔内砂粒未清理干净。

针对上述原因，进行以下改进：1）浇注系统由砂型和砂芯组成改为由陶管组成，这就避免了浇注系统长时间在铁液的冲刷下会从砂型或砂芯上面冲刷下砂粒并带入铸型中；2）由于前端箱体内腔砂芯多，下芯过程中很难避免砂芯之间的摩擦，这就有可能导致型腔内出现砂粒，而由于砂芯多且分为上、中、下三层，砂粒很难从最下层的型腔中清理，因此，对下芯顺序进行优化改进，并对吹净型腔的方向进行了规定，确保型腔中的砂子能够吹到容易清理的部位，同时借用内窥镜在下芯完成后对铸件型腔进行检查，保证内腔的干净（见图5）.

图5 内窥镜检查型腔

采取措施后，砂眼缺陷得到解决。

2.3 冷隔

铸件表面或内腔上出现没有熔合、穿透的或未穿透的不规则形状的缝隙，即冷隔。

冷隔成因主要包括以下几个方面：

1）浇注系统设计不合理。如直浇口高度不足，直径小、液态金属压头不足，使铁水流量缓慢；

2）浇注速度慢，使铁水充型缓慢；

3）浇注时漏箱，使浇注缓慢或中途断浇；

4）浇注铁水温度低，流动性差；

5）浇注铁水不够，中途断浇和补浇；

6）铁水化学成分设计不合理，铁水流动性能差[3]。

前端箱体出现冷隔的部位位于中部偏上两个砂芯之间，见图6.

图6 冷隔缺陷

通过分析，认为存在以下问题：1）由于前端箱体设计采用底注式浇注系统，铸件整体高度较高，当铁液上升至中部偏上位置后，铁液的温度降低较为明显，导致在中上部两个砂芯之间的平面上铁液的不熔合形成冷隔；2）浇注温度设定为1 375℃～1 385℃，该浇注温度的设定沿用了其余铸件的浇注温度，显然相对于此类复杂的箱体类铸件来说，浇注温度偏低。

针对上述问题，采取下述措施：

1）改进浇注系统，由原先的底注式浇注系统改为阶梯式浇注系统（底注加中注），见图7；2）浇注温度由原先的1375℃～1385℃提高至1390℃～1400℃.

改进后验证，冷隔缺陷消除。

图7 增加内浇口

2.4 偏芯

偏芯是指砂芯在金属液热作用和充型压力及浮力作用下，发生上抬、位移、漂浮甚至断裂，使铸件一侧的壁厚减薄或穿透，另一侧加厚，导致铸件报废的现象。偏芯又称抬芯。偏芯主要发生在内腔结构复杂、砂芯数量多的铸件生产过程中。图8所示为由于偏芯导致铸件产生透孔现象。

图8 偏芯缺陷

根据偏芯出现的位置，分析偏芯形成的原因主要有以下几个方面[3]：

1）砂芯长度增加时，芯撑数量偏少；

2）芯骨刚度低，在浇注过程中，砂芯在铁液的作用下上浮将芯骨顶弯。同时，要考虑芯骨的结构。芯骨除了要求与砂芯形状相似外，芯骨结构与芯骨刚度有重要的直接关系，二者是统一的，不能忽视，顾此失彼；

3）浇注系统开设和设置部位不当，内浇口直接冲击芯撑。

针对上述现象，制定以下改进措施：

1）增加芯撑数量，且保证砂芯的上下都要放置芯撑并对应；

2）芯骨由圆钢直接更换为螺纹钢，提高芯骨刚度；

3）调整内浇口位置，控制铁液的流动方向，确保浇注时铁液不要直接冲击芯撑，以防止芯撑冲掉或熔化，丧失支撑能力。

经过改进验证，偏芯缺陷得到彻底杜绝。

3 结论

复杂箱体类铸件由于砂芯数量多且内腔结构复杂，在生产过程中往往会产生气孔、砂眼、冷隔、偏芯等缺陷。只有对缺陷发生的现象进行分析，对生产过程进行跟踪监控，才能找到解决问题的方法，并通过工艺改进达到提高铸件成品率，使客户满意的目的。

［1］孙占春，马晓枫，赵凯，等.复杂箱体铸件结构工艺性分析[J].铸造设备与工艺，2010（5）：19-21.

［2］美国铸造工程师协会编.铸件缺陷分析［M］.武达兼，陈嵩生，译.北京：机械工业出版社，1982.

［3］林国汉.灰铸铁件生产缺陷及防止［M］.北京：化学工业出版社，2012.

Production of Complex Box-type Casting

YANG Heng-yuan，BI Hai-xiang，ZHANG Ju-hui，DONG Zhi-peng，YU Jian-zhong
（Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261108，China）

Taking front-end box as an example，this paper introduces typical defects of the complex box type casting in the production process.Process improving plans were made through the analysis of the defects.Thereby the casting yield was increased significantly and the customer satisfaction was improved.

box type casting，defect，process improving plan，casting yield

TG250.6

A

1674-6694（2017）01-0025-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.01.009

2016-10-29

杨恒远(1982-)，男，工程师，主要从事铸造工艺开发。