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1、精选优质文档-倾情为你奉上机械技术学院毕 业 设 计 论 文J6重卡发动机的铸造缺陷及工艺分析学生姓名： 谭忠指导教师姓名： 马海波所在班级 材料11071 所在专业 材料成型与控制术 论文提交日期 2012 年 11 月 日 论文答辩日期 2012 年 12 月 13 日 答辩委员会主任 主答辩人 黄晓徐 机 械 技 术 系2012年12月13日 毕业设计题目指导教师马海波职称副教授专业名称材料成型与控制技术班级学生姓名学号设计要求1. 完成英文资料翻译2. 搜集毕业论文（设计）资料3. 完成毕业论文（设计）一篇4. 毕业设计小结一篇完成毕业课题的计划安排：序号内容时间安排1英文资料翻译9.
2、2410.52搜集毕业设计资料，思考论文框架10.610.253进行毕业论文（设计）撰写10.2611.154递交毕业论文（设计）初稿11.1611.255毕业论文（设计）修改、最终定稿11.2612.2答辩提交资料12.312.5计划答辩时间12.612.11 机械技术学院专心-专注-专业机械技术学院毕 业 设 计 任 务 书 年9月12日毕业设计题目J6重卡发动机的铸造工艺及缺陷分析指导教师马海波职称副教授专业名称材料成型与控制技术班级材料11071学生姓名谭忠 学号33设计要求3. 完成英文资料翻译4. 搜集毕业论文（设计）资料3. 完成毕业论文（设计）一篇4. 毕业设计小结一篇完成毕业
3、课题的计划安排：序号内容时间安排1英文资料翻译9.2410.52搜集毕业设计资料，思考论文框架10.610.253进行毕业论文（设计）撰写10.2611.154递交毕业论文（设计）初稿11.1611.255毕业论文（设计）修改、最终定稿11.2612.2答辩提交资料12.312.5计划答辩时间12.612.11 目录J6重卡发动机的铸造工艺及缺陷分析材料11071 33 谭忠摘要：本文阐明了J6发动机缸体的铸造工艺设计及缺陷分析，具体包括缸体材料选择、铸型材料的选择、浇注系统设计、缸体的凝固与补缩、以及缸体出现的缩松、缩孔、变形、开裂的缺陷分析。关键词：缸体；铸造工艺；缺陷；1 缸体的铸造工艺
4、分析1.1缸体材料的分析图1 J6发动机实体图J6发动机是由汽缸体和汽缸盖两大部分组成，通过螺栓相互连接起来的，如图1汽缸体的材料应具有足够的强度，良好的浇注性和切削性，且价格要低，通常有铝缸体和铸件缸体对比如下：（1）重量：铝的比重比铸铁要轻，在满足强度的要求下，铝缸体要轻许多，引擎轻就可以对整个车的重量发挥积极地影响，整车的质量也轻，所以这一点铝缸体站优先。（2）体积：同样的原因铝的密度轻单位体积铝的结构强度要小于铸铁，所以铝的体积要比铸铁缸体要大，这样整个引擎就很紧凑，体积小铝缸体就难以达到这样的效果，这一点铸铁件占优先。（3）耐腐蚀和强度：铝容易在燃烧的时候产生的水发生化学反应，耐蚀性
5、不及铸铁件、尤其对温度、压强都高的增压引擎，这一点铸铁缸体占优先。（4）抗爆性：因为铝的导热性更好所以冷却性能好可以帮助引擎减少非正常燃烧的发生概率，同样的压缩比铝缸体引擎可以比铸铁缸体引擎用更低标号的汽油这一点铝缸体占优先。（5）摩擦系数：现在的引擎为了降低往复运动的部件的惯性转速和响应速度，活塞大多使用铝合金材料，如果缸体也使用铝合金材料则铝与铝之间的摩擦系数比较大，引擎的性能就会受到很大的影响，铸铁就没有这样的问题。这一点铸铁缸体占优先。（6）成本:自然铝比铸铁更贵这一点铸铁缸体占优先。综上对比结果J6重卡是涡轮增压引擎故用铸铁材料采用HT300.它是珠光体灰铸铁，它生产工艺简便，成品率
6、高，成本低等特点。与其他的材料相比虽然力学性能较差，但它具有良好的铸造性能，特别是使用性能：耐磨性能减震性能对缺口的敏感性小和切削加工性能好，是最为发动机缸体的好材料。1.1.1零件图1.2铸型的选择分析1.2.1铸造的分类及特点通常把铸造分成砂型铸造和特种铸造，砂型铸造按铸型性质不同分为湿型铸造，干型铸造，表面干型铸造。可能用到特种铸造按其形成条件的不同分为：熔模铸造，金属型铸造。湿型铸造特点：无需烘干，不存在硬化过程，生产灵活，生产率高，生产周期短，易于实现机械自动化，成本低延长砂箱寿命易落砂，但是在生产中易产生加砂、结巴、鼠尾、粘砂、砂眼、气孔、胀砂、故在生产中必须全面控制型砂质量。从原
7、砂到配方再到储运，主要用于500kg以下的铸件，手工造型时主要用于几十千克以下的小件。干型的特点：可以显著提高砂型的强度及透气性，降低发气量，使铸件减少气孔、砂眼、夹砂、等缺陷。用涂料后铸件表面质量也会改善，但是需要烘干设备。成本增加，砂箱寿命短。干型落纱困难还会产生大量灰尘，主要用于表面质量要求高的铸件表干型特点：将砂型表面烘干520mm，或自然干燥2448h后再合型浇注，与湿型相比表面强度高，湿度小，因而浇大铸件时不易产生气孔、粘砂、夹砂，冲砂等缺陷。但表干型要采用粗砂，水分要严格控制。熔模铸造：又称为石蜡铸造，一般经建模制模制作模料挂砂制壳烘烤焙烧浇注定价的过程。最大的优点就是无需起模，
8、它是制壳时采用可融化的一次性模，故型壳为整体而无分型，型壳是由高温性能优良的耐火材料制成，用熔模铸造可生产形状复杂的铸件，最小的壁厚为0.3mm。铸出最小孔直径为0.5mm。用熔模铸造生产的铸件重量一般由几十克至几千克，甚至几十千克。金属型铸造：是指液体金属在重力的作用下，填充用金属材料所制成的铸型，随后冷却凝固成型而获得铸件的一种铸造方法。由于金属型是用铸铁刚或其他合金制成，故又称硬模铸造。其主要特点是可以连续重复浇注，可浇注成千上万次，故又称永久型铸造。对于J6发动机缸体来说，形状复杂，对缸体的质量要求较高，经综合分析最终采用手工砂型铸造，其铸型性质为干型。1.2.2铸型材料的确定为了提高
9、缸体的质量，采用树脂砂作为铸型的材料，以呋喃型树脂配制的树脂砂，它具有较高的高温强度，较快的硬化速度，较好的流动性和低的发气性，但由于呋喃型树脂砂由糖醇与脲醛在乌洛托品的催化作用下缩合而成的，当浇注时脲醛受热分解，逸出氨（NH）氨分解成氮和氢，同时向金属中扩散。因此在树脂砂中含氮量越高在缸体铸件中产生的气孔缺陷的可能性就越大。故呋喃型树脂也主要用于铸铁件并且在热芯盒法用呋喃型树脂中的含氮量应严格控制，J6缸体中树脂中氮的质量分数为58，具体的成分配比如表1。表1型砂配比及性能配比（）性能新砂14湿压强度MPa0.10.2旧砂9698水分（）3.64.0膨润土0.51.5透气性100170FS粉
10、0.20.5紧实率（）3245水4.0含泥量（）由于该系统金属液充满较快有较好的挡渣能力，浇道中不易吸气，同时由于最小故金属液进入型腔时的线速度较大，用于中小型铸件和不易氧化的合金。2)开方式浇注系统：其特点是。即在直浇道的下端或在它附近的横浇道上设置阻流截面。以保证直浇道能充满。这种浇注系统的优点是由內浇道的。金属液的流速低充型平稳，金属氧化程度降低。这种浇注系统主要用于易氧化的非铁合金铸件和球墨铸铁件，以及用注塞包浇注的中大型铸件。3)半封闭式浇注系统：其特点是即阻流截面內浇道，横浇道截面积最大。直浇道一般是由上大下小的锥形浇注时直浇道很快充满而横浇道充满较晚，故可以降低內浇道的流速，使浇
11、注初期充型平稳。対铸型的冲击比封闭式的小。在浇注初在横浇道充满前挡渣效果较差。对于J6发动机缸体铸型为树脂砂型来说浇注系统应遵循：快（大流量）；稳（防止飞溅和稳流）；顺（金属液的流动方向有利于气渣的排除）；活（无死角）封闭。综合分析采用的是封闭浇注系统。1.3.2浇口杯的结构设计当浇包中的金属液开始进入浇口杯或直接落入直浇道底部时，会对型底产生冲击作用，如图2所示。金属液的冲击是静压力的两倍。当冲击力足够大时，就可能冲坏型壁造成夹渣等缺陷。因此浇注时，浇包嘴应尽量靠近浇口杯，以减少冲击。如图3所示浇包嘴距浇口杯高时，液流落下的速度很大，虽然液面很高但流线仍十分平坦，水平分速度大，容易形成水平涡
12、流。故在浇口杯中，应低位浇注，迅速充满，浇口杯中的液面必须维持在一个最低值（H6d）的高度，防止空穴产生。图2 金属液自由落下时的冲击如图2所示若浇口杯中液面较低时，流线较平坦，水平分速度大，容易形成水平涡流。图3 浇口杯的结构设计浇口杯的作用是将金属液引入直浇道，减轻対铸型的直接冲击；挡住部分熔渣，防止其进入直浇道。因此可将与直浇道相连处的浇口杯边沿做成凸起状，促使液流形成垂直方向的涡流，将杂质卷入涡流中间，防止将其带入直浇道。1.3.3直浇道设计直浇道的作用是把金属液平稳的引入横浇道内，它是建立型内金属液填充压力头的主要部分。金属液在直浇道内充满的高度越高，则流入型腔的速度越快，铸型的填充
13、性就越好。因此将直浇道设计成上下直径比为：D/d=24,浇口杯与直浇道的连接处若做成直角，由于截面突然改变，增加该处的流速，是该处真空度大，为了避免这一现象应将浇口杯与直浇道以圆角相连，其圆角半径为R=0.25D(D为直浇道的上端直径)，如图4所示：图4 直浇道的结构设计1.3.4横浇道的结构设计横浇道是将金属从直浇道引入內浇道的水平通道，横浇道除了向內浇道分配液流之外，主要起挡渣作用。为使各內浇道的流量比较均匀，应使横浇道的截面越靠近末端做的越小，且截面做成梯形。如图5所示，金属液流到內浇道附近时，受到向內浇道流去的一种“引力”影响，此区为吸动区。在未充满的横浇道中，內浇道的流速V小于横浇道
14、的流速。由于V决定于h，决定于压射冲头中的液面高度H,因此为了更好地挡渣，希望杂质在未到吸动区作用范围内就上浮到横浇道上部，故横浇道还应有足够的高度以减少吸动区的影响。一般认为横浇道的高度与內浇道的高度比（46）：1为宜。在此设计中取5:1图5 横浇道的结构设计说明：在浇注之初，进入横浇道的金属液常带有较多的杂质。由于这些杂质多集中于横浇道的末端，而靠近横浇道末端的內浇道又处于较高的压力下，所以为了防止杂质被吸进內浇道，横浇道末端要延长到內浇道之外。1.3.5內浇道结构设计內浇道是把金属液直接导入型腔的通道，应为比较短，也就不具有挡渣的能力。因此，內浇道不宜顺着金属流动的方向，应和横浇道成直角
15、，最好是和横浇道成倾斜方向开制，从而避免杂质进入內浇道。而內浇道横截面的几何形状很多在该浇注系统中采用扁平梯形，因为它具有避渣的作用好，不易产生缩松和易于清除等优点。如图6：图6 內浇道的结构设计图7 浇注系统的结构示意图1.3.6浇注系统的尺寸计算（1）內浇道最小截面积的计算：运用水力学原理导出用转包浇注铸件的內浇道最小控流截面积的计算式为：式中：G流进內浇道的金属液重量（kg）；金属液的密度（kg/）;t填充型腔的时间（s）g重力加速度；浇注系统的流量损耗因数；平均静压力头高度（cm）经查表得灰铁HT300铁液密度及加速度g的数值代入上式中求得铸铁件浇注系统內浇道最小截面积的计算式为：式中
16、的G通过称量100kg.1)值的确定：值与浇注系统的结构，浇注方式，砂型性质及合金特性有关。在填充过程中，该值是不稳定的，理论计算繁琐也不准确，所以以经验确定以表1选取，再按2表修正，表如下：表2铸型阻力值的确定铸型种类铸型阻力大中小湿型0.350.420.50干型0.410.480.60因为J6重卡缸体是中型铸件且铸型性质为干型由表2初步选定值为0.48。表3流量损耗因数的修正值表影响值的因数值的修正每提高浇注温度50+0.05有出气口和明冒口，可以减少砂型内的气体压力，能使值增大，当11.5时+0.050.20直浇道和横浇道的截面积比內浇道的大得多时，可以减小阻力损失并缩短封闭前的时间使值
17、增大，当+0.050.20浇注系统中在狭小之后有较大扩大，阻力减小值增加+0.050.20內浇道总截面积相同，而数量增加，阻力增大，值减小，2个內浇道时4个內浇道时-0.05-0.10顶住式（相对于中注式）能使值增大。+0.100.20底注式（相对于中注式），能使值减小。-0.100.20型砂透气性差且无出气孔和明冒口时，值减小。-0.05说明：在该封闭式式浇注系统中，的最大值为0.75。参照上表最终计算得值为0.352)t值的确定：计算浇注时间是为了使金属液能在预定时间内充满砂型，缸体有一个适宜的浇注速度。浇注时间太长，型腔上表面长时间受高温烘烤，会产生开裂，脱落，致使铸件夹砂，粘砂和结疤、
18、还可能使铸件产生冷隔等缺陷。浇注时间太短可能使型腔中气体没有足够的时间逸出。在浇注刚结束时，产生过大的液体动压力，而引起胀型、抬型、和炮火、也可能引起铸件产生气孔。浇注时间的长短对铸件的质量有重大的影响。对于本缸体浇注重量小于450kg且形状复杂的铸铁件来说，其浇注时间应按t=计算：t浇注时间（s）浇注重量（kg）S系数；取决于铸件厚度表4系数S与铸件壁厚的关系铸件壁厚2.53.53.58.08.015系数S1.631.852.2J6发动机缸体的壁厚一般是最大壁厚为，在8.015范围内故S值为2.2，缸体的浇注重量为=100kg,则t=。3)确定平均静压力头：平均静压力头在生产中按金属液流经浇
19、注系统所做的功来计算不同浇注形式的平均静压力头高度计算式也不同对于中注式浇注系统=（砂箱的高度；铸件的轮廓高度；）则：浇注系统各组元截面积的比例如表5有关灰铸铁浇注系统各组元截面积比和应用范围类型应用范围封闭式浇注系统1:1.5:2大型铸件1:1.2:1.4中大型铸件1:1.1:1.15中小型铸件1:1.06:1.11薄壁件和湿型生产的小铸件1:1.25:1.5用树脂砂型生产的铸件综上表：=1:1.25:1.5浇口杯的尺寸由图2浇口杯的结构和铸件的质量查表可的H=110mm;凸起部分的圆弧的半径R=13mm;直浇道的尺寸已知直浇道最下端的面积为1.5=12cm查表可得：D=50mm;d=40m
20、m;L=500mm;如图8所示：图8直浇道截面图横浇道的尺寸已知横浇道的截面积；h=1.2a；查表可得：a=30mm;b=24mm;h=36mm;如图9所示：图9 横浇道截面图內浇道的尺寸已知內浇道的截面积；內浇道形状为扁平状，查表的a=56mm;b=50mm;c=17mm;如图10所示：图10 內浇道的截面图1.4缸体冒口的选择1.4.1冒口的种类及特点冒口是为了获得致密铸件在型腔内麦门处设置的储存金属液的空腔，用以补偿铸件成形过程中可能出现的收缩。所需的金属液防止缩松缩孔的产生，并起到排气，排渣的作用。冒口的种类很多一般分为普通冒口和特种冒口，球墨铸铁自补缩冒口。普通冒口按在铸件上的位置分
21、为顶冒口和侧冒口；按与大气相通程度分为明冒口和暗冒口。顶冒口位于铸件的最高部位，不仅有利于排气，浮渣，也有利于重力补缩，厚大的铸件多用这种冒口补缩。侧冒口是设置在铸型被补缩侧面的冒口，一般采用暗冒口形式，它有利于机械化造型。明冒口造型方便，并能通过它观察到型腔内金属液面上升的情况，便于在冒口顶面散发热剂和保温剂，对于厚大铸件还能进行捣动冒口液面和补浇等操作加强补缩作用且明冒口不受砂箱高度限制，必要时还可以利用冒口圈来保证所需要求的高度，其缺点是补缩效率比暗冒口低。大型铸件尤其是铸钢件多采用明冒口，而中小型可锻铸铁，球墨铸铁的冒口以暗冒口为主，在本缸体的制造过程中则采用明顶冒口更为合适。1.4.
22、2冒口的安放位置分析冒口必须满足的基本条件：冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间，有足够的金属液补充铸件在冷却过程中收缩所需的金属液，在凝固补缩期间冒口和铸件被补缩的部位之间必须存在补缩通道，扩张角向冒口张开，在基本条件下冒口安装的是否合理直接影响铸件的质量及冒口的补缩效率。冒口位置的不合理不但不能消除缩松和缩孔，还可能引起其他的缺陷；如裂纹等。确定冒口的位置应遵循;(1) 冒口应就近放在铸件热结的上方和侧面。(2) 冒口应尽尽量设置在铸件的最高最厚的部位；(3) 当铸件不同高度上的热结需要补缩时，可以分别设置冒口，但各冒口的补缩区域应采用冷铁予以分开，以防高位置冒口再补缩铸件
23、的同时还要对低位冒口进行补缩。致使高位的铸件出现缩松和缩孔；(4) 避开应力集中点不应放在铸件易拉裂或应力集中的部位，否则会加剧应力集中的倾向使铸件更易产生裂纹，故在十字相交处面应有铸造圆角；(5)尽量用一个冒口补缩铸件上多个热结，以提高冒口的补缩效率；(6)应尽量放在铸件的加工面上，以减少精整工时；(7)冒口不应设在铸件的重要的受力大的部位，防止其组织粗大，降低力学性能；冒口及浇注系统的位置如图11.图11缸体铸造工艺图1.4.3缸体冒口的尺寸的确定（1）缸体冒口的补缩距离HT300冒口的补缩距离，见图12。干型浇注，铸型的刚度大时，则缸体件冒口补缩距离L如下式：L=(610);式中冒口直径
24、（mm）图12缸体铸件的冒口补缩距离采用比例法设计缸体的冒口，因为简单直观，在生产中得到广泛应用。根据铸件结构特征、按疏密、厚薄、大小对铸件结构进行划分见表5：表6铸件大小、厚薄、疏密的界定大小的界定重量G/kg500铸件大小小件中小件中件中大件大件小件中件厚薄的界定凝固模数/cm3铸件厚薄薄壁中等厚壁较厚壁厚壁大厚壁疏密的界定质量周界商20铸件结构疏密 密实体均匀密实体均匀稀疏体稀疏体(1) 比例法计算冒口直径和高度：中型铸件;式中冒口直径或冒口内切圆直径；冒口高度；铸件壁厚或热节圆直径；由铸件的壁厚为10mm；最终计算的：=12mm; =18mm;缸体的冒口补缩距离L=8=96mm;1.5
25、缸体的凝固与补缩因为缸体的材料是灰铁，它的凝固过程分为两个阶段：第一个阶段是从液相线温度到共晶转变开始温度。第二阶段是析出奥氏体+石墨的共晶转变，它是采用逐层凝固的方式以通过采取工艺措施使铸件各部分按照远离冒口的部分先凝固，然后是冒口部分，最后冒口本身部分凝固的次序进行，顺序凝固的铸件冒口补缩作用好，铸件内部组织致密，但是由于缸体的结构较为复杂，致使不同位置的温差较大，故应力较大，易使铸件产生变形或产生热裂，顺序凝固需要加冒口补缩，增加了金属的消耗和切割冒口的工作量，缸体凝固时是从表面先形成硬壳，然后逐渐向铸件中心推进，因为J6缸体对致密度要求较高，故采用顺序凝固原则。在缸体的下面厚实部分安放
26、冷铁，在缸体顶面厚实部位安放冒口，保证缸体自下而上的顺序凝固，以消除缩松和缩孔。2缸体的熔炼温度及合金元素分析2.1熔炼温度的确定生铁中有许多粗大的过共晶石墨，这种粗大的石墨具有遗传性。熔炼温度低粗大石墨不易被消除从液态遗传到固态。是凝固过程中本来应该产生的石墨化析出的膨胀作用削弱，因此使铁液凝固过程中收缩倾向增大。同时粗大的石墨又必然降低了材料的性能。熔炼温度太高会使缸体的经济成本升高，对操作过程中难度增大，故由经验选定最佳的熔炼温度为1550。2.2合金元素的作用分析在HT300材料中存在的最基本的元素是碳（C）硅（Si）锰（Mn）硫（S）磷（P）五大元素；五大元素对铸铁组织性能的影响：(
27、1) 碳本身就是构成石墨的元素，在缸体中是促进石墨化元素，但是缸体内的含碳量过多力学性能也会降低；(2) 硅是强烈促进石墨化的元素，但是硅的含量过高易使石墨粗大，力学性能降低，若石墨含量过低则会出现麻口或白口组织；(3) 硫在缸体中是有害元素，它是以FeS的形式，它以FeS的形式完全溶解于铁液中并能降低碳在缸体中的溶解度，此外硫在缸体中还能恶化缸体的铸造性能，当铁液中存在大量的硫时就会降低铁液的流动性，补缩能力变差，容易产生裂纹等缺陷，因此在缸体中硫的含量是受到严格控制的（0.09）;(4) 锰在缸体中首先表现出抵消硫的一些有害作用，因此缸体中存在适当的锰是有益的，在缸体中锰的含量控制在0.6
28、1.2范围之内(5) 磷在缸体中的作用是增加铁水的流动性和提高缸体的耐磨性，即缸体的硬度随着含磷量的增加而增高，韧性则降低，在该缸体中将磷的含量限制在0.12以下，磷对缸体的石墨化影响不大，虽然磷可以提高缸体的强度，但是使缸体的塑性及韧性明显下降，特别在低温时影响更为严重即出现“冷脆”。表7缸体的化学成分CSiMnPSCuMo3.23.51.82.20.81.00.090.120.30.50.10.22.3缸体的浇注温度确定浇注温度的高低是影响充型能力的主要因素；浇注温度越高充型能力越好，但是由于浇注温度过高易吸气且氧化严重，通常预热铸型可以减小金属液与铸型的温差，以便提高充型能力，根据缸体的
29、壁厚可确定缸体的浇注温度为1520。3缸体缺陷分析及防止3.1铸造缺陷的概念及分类铸造缺陷是在生产过程中，由于种种原因，在铸件表面和内部产生各种缺陷的总称。铸件缺陷是导致铸件性能下降，使用寿命短，报废和失效的重要原因。铸件的质量主要包括外观质量，内在质量和使用质量，外观质量指铸件表面粗糙度，表面缺陷，尺寸偏差，形状偏差，质量偏差；内在质量主要指铸件的化学成分，物理性能，力学性能，金相组织以及存在于铸件内部的孔洞、裂纹、夹杂、偏析等情况；使用质量是指铸件在不同条件下工作的耐久能力，包括耐磨，耐腐蚀、耐激冷激热、疲劳、吸震等性能以及切削性、可焊性等工艺性能。对于HT300缸体来说在生产中最容易出现
30、缩松缩孔及变形开裂的情况。3.2缸体的缩松缩孔的形成机理3.2.1缩松缩孔生产条件及存在问题发动机缸体是发动机重要的部件、其内腔结构复杂、尺寸精度要求高，属于薄壁、高强度铸件。在缸体的生产中遇到的最突出的一个问题是缩松。J6汽缸体缩松缺陷常见的有两种情况，一种是轻微缩松，另一种是严重缩松。在第一种情况下，经精加工，清洗工序自然干燥后，在缸孔或挺杆孔内表面可见缩松区域，颜色发暗，类似“渗油”现象，范围510mm，通常有12处。解剖缺陷部位，断口呈枝晶状缩松，颜色发亮，缺陷在壁厚的中间，没有穿透壁厚。在压力为400kpa,持续时间1min的条件下进行气密性实验不漏气。在第二种情况下，在加工面可见明
31、显缩松区域，解剖缺陷部位，呈粗大枝晶状缩松，断口颜色发黑，缺陷穿透壁厚与大气相通并发生氧化，气密性实验有明显的漏气现象。经大量的解剖分析，发现汽缸体的缩松缺陷部位很有规律，主要集中在汽缸体的缸壁，挺杆孔内与主油道的交接处三个部位如图12所示。解决措施:在大缸芯内置冷铁。铸件的凝固速度主要受砂型的散热条件制约。在砂型散热条件一定的情况下，为加快铸件的冷却，减轻热结部分的热倾向，我们采用在缸芯内置冷铁的工艺措施以加快汽缸体缸壁的冷却。砂型合箱时将冷铁置于六个大缸体内。冷铁的尺寸为80mm150mm,重量约为5.5kg。改变砂芯用砂。铬矿砂和耐火熟料砂与硅砂相比，不仅具有较高的耐火度，防止粘砂，降低
32、铸件清理劳动强度，提高铸件表面质量，而且具有较高的储热系数和导热系数。耐火材料的蓄热系数为硅砂的1.5倍，热导率为硅砂的2.3倍。蓄热系数反应材料的冷却能力，使用蓄热系数大的砂芯，铸件的凝固和冷却速度相对加快，有助于晶粒的细化，提高缸体组织的致密性。同时，热导率高，有利于热量的快速传递，加快冷却速度。热芯盒树脂砂的工艺配比：30铬矿砂，70的耐火熟料砂，2.93.2热芯盒酚醛树脂，35固化剂（占树脂）使用涂料。因汽缸体结构要求和生产工艺的制约，挺杆孔部位是热节区域，缩松缺陷较为严重。为解决此缺陷，试验在挺杆空芯热节区域涂刷涂料工艺，目的在于在缩松部位造成急冷以加快该区域铁液的凝固速度，防止缩松
33、的产生。涂料的工艺配比如下：150g碲，400g黄糊精，45g膨润土，涂料密度为1.351.40g改进熔炼工艺1)铁液的孕育处理。目前主要以Si-Ba孕育剂为主，同时加入少量的稀土硅铁合金，起净化铁液并减少炉料遗传因素不良影响的作用。选用Si-Ba孕育剂，主要有Si和活化元素Ba、Ca、Al组成。2)炉料的质量控制。加强对炉料的质量控制是保证铸造产品质量的重要环节。在生产过程中有时会遇到特殊情况，比如炉料在进货渠道的改变，使气缸体的缩松缺陷明显增多。在在汽缸体的生产中发现，炉后加入硅铁和炉前孕育硅铁的质量变化对铸件的质量影响较敏感。由于缺少对进厂材料中微量元素影响缩松的定量分析，所以他们对铸件
34、的质量的影响就不能做出正确的判断，待缩松出现后在查找原因，避免造成不必要的损失。因此对炉料的选用尽可能的固定供货厂家，定点采购。图12 缸体的缩松位置示意图3.2.2缩孔生产条件解决措施在J6缸体的生产中常产生各种气孔，按产生的方式不同可分为卷入式气孔、析出式气孔、和侵入式气孔。卷入式气孔：金属液在充型过程中因卷入在铸件内形成的气孔多呈孤立存在的圆形或椭圆形大气孔，位置不定，一般位于铸件中上部。表8卷入气孔缺陷的产生原因及防治措施产生原因 浇注系统不合理，浇注和充型速度过快，金属排气不良，使金属在浇注和充型过程中产生稳流，涡流或断流而卷入气体，在铸件中形成卷入气孔。 浇注温度过低，金属液除渣不
35、良，粘度过高，使浇注和充型中卷入的气体来不及排除铸型或上浮到冒口或出气口中。挤压铸造加压速度过快。 金属液充型时产生涡流卷气防治措施 浇注时金属液不得断流，充型速度不宜过高，铸件的浇注位置和浇注系统的设置应保证金属液平稳地充满型腔，并利于型腔内气体能通畅地排除。 在砂型铸造过程中，应保证砂型和砂芯排气通畅。砂芯内要开排气通道合型时要填补芯头间隙，以免钻入金属液堵塞通气道； 型腔最高处易窝气的部位设置出气冒口；补救措施气孔超出验收标准时直接报废单独的大气孔对其进行补焊成群分散的小气孔采用热等静压处理法消除气孔侵入式气孔：由于砂芯、涂料、芯撑、冷铁产生的的气体侵入铸件表层而形成的气孔、多呈鸭梨状或
36、椭圆形尺寸较大、孔壁光滑、表面多呈氧化色表9侵入气孔缺陷的产生原因及防治措施。形成原因砂型、砂芯未充分烘干、透气性差、通气不良、含水分和发气物质过多，涂料未烘干或发气成分过多，冷铁、芯撑有锈斑、油污或未烘干。型砂、芯砂和涂料成分不当，与金属液发生界面反应，形成表面针孔和皮下气孔树脂砂的树脂和固化剂的加入不成比列防治方法 防止金属液在熔炼过程中过度氧化和吸气、加强脱氧、除气和除渣。 在坩埚和浇包内金属熔池表面加覆盖熔剂，防止金属液二次氧化、吸气和有害杂质返回熔池。补救措施气孔超出验收标准时直接报废单独的大气孔对其进行补焊成群分散的小气孔采用热等静压处理法消除气孔析出气孔：溶解在金属液中的气体，在
37、铸件成型过程中析出而成型的气孔多呈细小圆形、椭圆形或针头形，成群分布在铸件整个断面上或某个局部区域，孔壁光亮表10侵入气孔缺陷的产生原因及防治措施形成原因由于炉料潮湿、有锈蚀、有油污，气候潮湿，坩埚熔炼工具和浇包未烘干、金属液成分不当、合金液精炼不足、使金属液中存在大量的气体或产气物质、导致铸件中形成析出气孔。合金液易吸气，在熔炼和浇注过程中未采取有效地精炼，保护盒净化措施，使金属液中含有大量的夹渣、气体和产气成分，在充型和凝固过程中形成析出气孔在气候潮湿季节，熔炼时合金吸气，造成铸件成批报废防止措施炉料熔剂、工具坩埚和浇包要充分预热和烘干、去锈、去油污、多次重熔炉料加入量要适中。防止金属液在
38、熔炼过程中过度氧化和吸气、加强脱氧、除气和除渣在坩埚和浇包内金属熔池表面加覆盖熔剂、防止金属液二次氧化、吸气和有害杂质返回熔池。补救措施气孔超出验收标准时直接报废单独的大气孔对其进行补焊成群分散的小气孔采用热等静压处理法消除气孔3.3缸体的变形开裂的产生原因及防治措施3.3.1缸体产生变形开裂的原因在如图 J6缸体的生产过程中通常产生的裂纹主要有两种，一种是冷裂裂纹；另一种是热裂裂纹；如表11；表11冷裂纹产生的原因和防治措施产生的原因 铸件壁厚相差悬殊，薄、壁厚之间没有过度，变化突然，致使冷却速度差别大、收缩不一致、造成铸件局部应力集中； 金属液中含磷量高，增加了脆性； 铸件内部的残留应力大
39、受到机械作用时而开裂；防治措施 尽量使铸件壁厚均匀，使铸件各部分的冷却速度尽量趋于一致； 尽量不使铸件收缩受阻、提高合金的熔炼质量、减少有害元素和非金属夹杂物； 提高型砂、芯砂的质量、改善砂型、砂芯的退让性； 延长铸件的开箱时间，铸件在型内缓慢冷却； 对铸件进行时效处理，减少残留应力；表12热裂纹产生的原因和防治措施产生原因 缸体壁厚变化突然，在合金凝固时容易产生应力集中；金属液中含硫量高，是金属材料产生热脆性； 浇注系统阻碍了铸件的收缩；铸型和砂芯的退让性差，芯骨结构不合适，吃砂量太小。防治措施 缸体设计时要尽量避免壁厚的突然变化，铸件转角处做成适当的圆角； 单个内叫道截面不宜过大，要采用多
40、个分散的多个內浇道，內浇道与缸体交接处应避免形成热节，浇冒口与缸体交接处要有适当的圆角，浇冒口形状和安放位置不要防止铸件的收缩；砂型和砂芯不应春的过紧； 改用刚度合适的芯骨，芯骨外部要有足够的吃砂量。结论本文主要是分析了J6发动机在铸造工艺设计中对铸件的质量影响，通过选材、合理选择铸型性质及浇注系统的结构、冒口的位置的合理设计解决了缸体铸件在铸造过程中易出现的缩松缩孔裂纹等缺陷。在设计过程中准确的计算了浇注系统的具体尺寸，及冒口的具体尺寸以获得合格的产品。参考文献1 徐凤琴.铸造工技能图解M.北京：机械工业出版社，2009.2 杜西灵,杜磊.铸造技术与应用案列M.北京：机械工业出版社，2009.3 王晓江.铸造合金及其熔炼M.北京：机械工业出版社，1999.4 李魁盛，李国禄.铸件成型技术M.北京：机械工业出版社，2011.5 曹瑜强.铸造工艺及设备M.北京：机械工业出版社，2008.6 姜敏凤.工程材料学及热成型工艺M.北京：高等教育出版社，2006.7 黄志光.铸件内在缺陷分析与防止M.北京：机械工业出版社，2011.8 聂小武。缺陷分析及对策实例M.北京：沈阳：辽宁科学技术出版社，2010.9 李宏英，赵志成.铸造工艺设计M.北京:机械工业出版社，2005.10 陈琦，彭兆第.铸造合金配料速查手册M. 北京:机械工业出版社，2004.