藍(lán)罩缸體體鑄件裂紋的形成原因及解決措施

藍(lán)罩缸體體鑄件裂紋的形成原因及解決措施

蘭綠發(fā)動機(jī)是由我們公司開發(fā)的一輛發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)是壁薄、筋多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這對制造工藝的開發(fā)是一個(gè)挑戰(zhàn)。地該氣缸體鑄件批量生產(chǎn)工藝開發(fā)期間,鑄件裂紋是主要的廢品缺陷之一,廢品率一度達(dá)到4%,占綜合廢品率的一半,具體廢品情況如圖1。為解決裂紋缺陷,我們從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和鑄造工藝兩個(gè)方面進(jìn)行了研究分析,經(jīng)過采取多項(xiàng)措施并反復(fù)驗(yàn)證,氣缸體裂紋缺陷基本得到解決,廢品率降至1%以下。1拉拔斷裂lg藍(lán)擎氣缸體曲軸軸線與氣缸體下表面在同一平面上,屬于一般式氣缸體,鑄件尺寸957×394×424(mm),主要壁厚為8mm,材質(zhì)為HT280(企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))。裂紋缺陷發(fā)生在右側(cè)二三四五缸與曲軸箱把合的法蘭翻邊處、正對缸孔中心線位置,其中中間三四缸居多,裂紋情況如圖2所示。該裂紋缺陷出現(xiàn)在鑄件打箱落砂后,大部分在加工工序發(fā)現(xiàn);從結(jié)構(gòu)上看該部位應(yīng)力集中,在鑄件冷卻過程中承受拉應(yīng)力;裂紋走向呈連續(xù)的曲線。2冷卻過程裂紋形成原因針對藍(lán)擎氣缸體鑄件的裂紋缺陷,利用鑄造CAE軟件進(jìn)行了模擬分析,通過溫度場可以發(fā)現(xiàn),從澆注開始計(jì)時(shí),75s后氣缸體底部各缸正對中心線位置的薄弱部位顏色呈藍(lán)色,溫度明顯低于兩側(cè)厚大部位,經(jīng)過測量,此處溫度低于兩側(cè)的厚大部位約100℃。可以判斷氣缸體鑄件在整個(gè)冷卻過程中該處存在殘余熱拉應(yīng)力,其中三四缸位置承受的拉應(yīng)力最大,在冷卻過程中最容易產(chǎn)生裂紋,該結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況相同。模擬分析結(jié)果見圖3。下面從鑄件結(jié)構(gòu)和鑄造工藝方面分析裂紋形成原因。2.1藍(lán)擎氣缸體鑄件屬于箱體剛性結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)不容易發(fā)生鑄態(tài)變形來松弛鑄造應(yīng)力,故易產(chǎn)生裂紋。由圖3(b)可以發(fā)現(xiàn),氣缸體裂紋部位壁厚較薄,兩側(cè)存在厚大結(jié)構(gòu),壁厚不均勻,造成應(yīng)力集中。2.2裂紋位置位于氣缸體鑄件澆注位置的上箱,并且是最高點(diǎn),離直澆道較遠(yuǎn),是冷鐵液集中的地方。特別是溢流冒口設(shè)計(jì)在鑄件厚大結(jié)構(gòu)處,增大了冷卻過程中的殘余熱拉應(yīng)力。氣缸體工藝如圖4所示。2.3藍(lán)擎氣缸體是“薄壁大芯”的箱體灰鑄鐵件,使用組合下芯工藝生產(chǎn)。在鑄件凝固和冷卻過程中,整個(gè)芯組阻礙鑄件的收縮而產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)殘留的應(yīng)力超過合金材料的抗拉強(qiáng)度時(shí),鑄件就產(chǎn)生裂紋缺陷。另外砂芯也影響了裂紋的產(chǎn)生。裂紋的部位是主體芯制芯工藝的分盒線,該處砂芯存在制芯披縫,此處披縫若清除不好將誘發(fā)裂紋。砂芯如圖5所示。2.4鑄件冷卻時(shí)間不足。藍(lán)擎氣缸體結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,加上產(chǎn)量需求較大,原工藝中4小時(shí)左右的打箱時(shí)間不能滿足鑄件生產(chǎn)工藝要求,氣缸體中的殘余應(yīng)力得不到充分的釋放。3鑄造工藝方面的缺陷對于裂紋缺陷,鑄件設(shè)計(jì)要避免壁厚過渡急劇;在鑄造工藝方面,防止鑄件裂紋的主要措施是預(yù)防或消除鑄件的鑄造應(yīng)力。根據(jù)上述原則,在藍(lán)擎氣缸體裂紋的解決過程中主要采取了以下幾方面的措施。3.1薄弱部位的影響減小裂紋傾向性,鑄件壁厚要均勻,厚、薄過渡之處應(yīng)緩和。一是在接合面翻邊薄弱部位增加壁厚,以緩和此處與兩側(cè)壁厚的急劇變化;二是在不影響氣缸體加工裝試的前提下增加“拉筋”,即局部加厚,如圖6(a)軸側(cè)圖所示。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)局部加厚既可以增加裂紋處的強(qiáng)度,又可以增加裂紋處的鐵液量,以減小溫度梯度。3.2管口溢流冒口把圖4中設(shè)置在厚大部位的溢流冒口移至易裂紋部位,如圖6(b)俯視圖所示,讓集中在易裂紋處的冷鐵液通過冒口溢出,盡量實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固,不僅減小了鑄件凝固時(shí)期金屬中溫度差而有利于防止熱裂,而且亦減小了鑄件冷卻時(shí)厚實(shí)和細(xì)薄處之間的溫度梯度,以減小熱拉應(yīng)力而有助于防止裂紋。另外,通過適當(dāng)調(diào)整鐵淮成分,控制S、P含量;提高清鏟質(zhì)量,清理溢流冒口時(shí)嚴(yán)禁敲擊鑄件;嚴(yán)格執(zhí)行時(shí)效處理工藝等措施減小鑄件殘余應(yīng)力,以防止鑄件裂紋。4鑄造缺陷的控制(1)從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手,讓厚薄結(jié)構(gòu)過渡緩和,杜絕產(chǎn)生應(yīng)力的因素,從根本上解決鑄造裂紋的產(chǎn)生。(2)根據(jù)產(chǎn)生裂紋的原因,通過完善鑄造工藝,可以有效解決裂紋的產(chǎn)生。本文針對性地布置冒口系統(tǒng),均衡了鑄件中的溫度場;通過控制生產(chǎn)過程,提高砂芯質(zhì)量以杜絕裂紋誘因;適當(dāng)?shù)匮娱L打箱時(shí)間可以有效緩解鑄件的殘余應(yīng)力。3.3砂芯制芯與砂芯分離一是適當(dāng)?shù)慕档蜆渲尤肓?增大砂芯的潰散性和退讓性;二是完善工藝裝備,避免制芯錯(cuò)模,盡量實(shí)現(xiàn)砂芯無披縫;三是嚴(yán)格把關(guān)砂芯質(zhì)量,修芯時(shí)要求砂芯披縫清理徹底,以杜絕裂紋誘因。3.4冷卻通道冷卻讓鑄件在砂箱中停留足夠的時(shí)間來釋放應(yīng)力,然后打箱將鑄件從砂型中清理出來。原生產(chǎn)流程中鑄件澆注后采用三條冷卻通道冷卻,打箱時(shí)間為4小時(shí)左