大断面蠕铁缸盖缩松原因分析及防治

宋学恩，耿建华，王焕宁

（潍柴重机股份有限公司 滨海铸造厂，山东潍坊 261108）

气缸盖是发动机最关键的零件之一，经常与高温高压燃气相接触，需要承受很大的热负荷和机械负荷。而蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，具有良好的力学性能、使用性能以及工艺性能[1]，越来越广泛的应用到气缸盖的生产中。而蠕墨铸铁由于介于灰铸铁和球墨铸铁之间，又具有很强的缩松倾向，尤其对于大断面气缸盖来说，缩松风险一直是铸造工程师首要解决的问题。我厂近期开发一款蠕铁气缸盖（以下简称W缸盖），毛坯重量约265kg，存在多处厚大断面位置。

1 产品简介

图1 W缸盖毛坯结构简图

W缸盖为单体缸盖，材质为RuT400，厚大断面位置集中在主油道孔和喷油器位置。由于W缸盖毛坯后期加工成2种气缸盖成品，主油道孔不能铸出，且无法放置内冷铁，因此此处存在较大热节；而喷油器位置作为缸盖中心，为传统的易缩松位置；另外二者结合处和螺栓孔位置也存在很大的缩松风险。

2 铸造工艺设计及验证

按照传统铸造工艺设计，采用平组平浇、底注顶冒的方法，难以彻底消除喷油器、主油道孔和螺栓孔位置的缩松风险。铸造模拟见图2。

针对此情况，我们设计了整体组芯、平组立浇工艺，将缸盖前端设计为浇注时上平面，并使用发热保温冒口，气门导管放置内冷铁，火力面放置外冷铁，详见图3。

为保证铸造工艺开发进度，在不影响模具开发的前提下，我们在此工艺的基础上，设计了三种方案进行验证。方案一：喷油器和螺栓孔位置使用热芯；方案二：喷油器位置使用内冷铁，螺栓孔处使用热芯；方案三：喷油器和螺栓孔位置使用内冷铁。每种方案验证生产2件，各解剖1件，其余投入加工验证。经检测发现，方案一：喷油器位置存在较大缩松缺陷，主要缩松缺陷位于喷油器与主油道交接处，螺栓孔位置无缩松；方案二：喷油器位置有轻微缩松，螺栓孔位置无缩松；方案三：喷油器和螺栓孔位置均无缩松,详见图4。

3 原因分析及工艺优化

通过以上验证结果得出：使用内冷铁能有效降低喷油器位置缩松风险而对螺栓孔位置影响不大。

原因分析：喷油器位置使用内冷铁能够有效增大缸盖前端发热冒口的作用，促进缸盖主油道和喷油器位置顺序凝固[2]，降低缩松倾向；螺栓孔位置虽然热节较大，但由于靠近砂型，凝固过程中散热较快，未形成明显热节和缩松缺陷。

在此情况下，我们进一步采取了试验，将喷油器位置冷铁直径增大10mm，并在上盖芯制芯时一起制出，使冷铁与上盖芯形成一体，取代原插入内冷铁的方式。按照此方案我们验证生产了10件，解剖检查4件，各处均无缩松缺陷，剩余6件加工后打压均无漏水缺陷。后期我们又验证生产60件样件，均无缩松缺陷。

4 结论

（1）对于大断面单体缸盖，顶置冒口与冷铁结合使用，能有效增大冒口的作用距离。

（2）在条件合适的情况，采用整体组芯、平组立浇工艺，能有效实现铸件的顺序凝固方式，增强铸件自补缩[2]。

（3）使用内冷铁时，尽量设计冷铁一端与外部砂型或砂芯为一体，可最大限度发挥冷铁的激冷作用。