文琛希
中条山有色金属集团有限公司 山西 运城 043700
摘要：缸体是汽车发动机的重要部件，常用的缸体材料包括灰铸铁、合金铸铁、铸造铝合金。由于气缸内的工作温度较高，要求汽缸强度足够，承受机械负荷与热负荷，而灰铸铁凭借其诸多优势可以用于发动机缸体制造，但是依旧存在着铸造缺陷。基于此，本文分别从气孔、砂眼、渣眼、跑火、冲砂、冷隔等方面分析常见铸造缺陷与解决办法，希望对相关研究带来帮助。
关键词：灰铸铁发动机；缸体；铸造缺陷
发动机缸体具有外壁薄、结构复杂等特征，在运行过程中需要气压试验。整个铸造工艺较为复杂，需要借助砂芯形成内部和外部结构，整体铸造难度大，不加强质量控制会导致废品率上升，以下对缸体铸造缺陷和处理措施进行分析。
一、气孔
缸体出现的气孔逐渐表现为侵入性气孔，随着浇注的完成，砂芯发气量增大。如果气体未能及时排出会导致水分升高，浇注温度下降以及最小剩余压头不足，出现问题的主要位置集中在缸筒内壁、搭子位置、上型加强筋位置[1]。
（一）搭子气孔和最高点气孔
卧式浇筑缸体设置在上行缸体搭子部位，其位置偏高，会由于排气不畅导致搭子气孔，并且其它较高位置也会出现气孔，主要应对措施如下：
技术人员可采取增加排气针的方法提升排气水平，主要选择明排气针。也可以对暗排气针利用。如果选用明排气针，合箱过程中型砂容易从排气针顶部进入型腔内部，由此出现砂眼，所以合箱操作之前需要吹净排气针顶部和周边的散沙。如果采取暗排气真的方法排气，针根部截面积要达到内浇道截面积1.5倍，同时排气针需要尽量接近型砂顶部。通常在不出现排气孔的情况下采用暗排气针的方式，可以避免排气针眼根部出现明砂眼。
（二）缸体内壁气孔
该问题出现的主要原因在于水套芯发气量过大，进行带水套的缸体铸造时，需要使用水套芯，而这种材料主要由覆膜砂制作，加之水套芯排气通道较少，浇筑后受到铁液的包裹，如果水套砂芯排气效果不佳，缸体的筒内壁就会出现侵入性气孔。此外，水套芯使用的芯撑质量存在缺陷也会造成钢筒内壁气孔出现，一般完成加工后才能发现，应对措施如下：
其一，合理设定芯盒设计以及芯盒温度。芯盒加热管布置力需要让芯管均匀受热，一般要使用导热性好的铜质材料芯盒，加热温度与范围要结合砂芯实际情况，可避免为了盲目升温造成表面硬化而内部未完全固化，由此出现大量气体。其二，水套芯工艺的设计。对于厚度较大的水套砂芯，需要对排气通道合理设置，可以增加排气孔，通过水套出砂孔芯头将气体排放到砂芯外部，避免砂孔芯头受到铁液封堵，还可以在砂孔芯头位置使用石棉垫，能够保证排气效果，水套芯表面需要使用涂料，以此提升缸体内部和表面质量，也能够促进气体排出。其三，合理选择原材料。完成浇筑后，水套芯受到铁液包裹，排气通道数量少，所以需要通过制作水套芯覆膜砂保证强度，降低发气量。其四，芯撑导致的气孔问题。整个浇筑过程要快速进行，避免隔夜浇筑情况，所使用的热芯需要确保表面无水气、无锈蚀。
二、砂眼
缸体的内部结构需要利用大量砂芯，砂芯之间配合较多，同时需要提升通气针排气水平。缸体砂眼缺陷主要是由砂芯以及砂芯掉落导致。主要应对措施如下：
（一）砂芯导致缺陷的砂眼
砂芯芯头表面涂料中的颗粒物要彻底清理，不得残留涂料片，砂芯表面附着的散沙以及掉入凹陷部位的杂物必须彻底清理。砂芯修补之后不能超过原有尺寸，组合砂芯放入型腔之前需要吹净表面的散砂。
（二）型砂强度不足导致的砂眼
为解决这一问题需要制造企业结合产能对混砂机合理选择，如果型号选择不佳可能导致碾压不均匀，强度时好时坏，同时需要确定型砂的水分和紧实率，让砂芯的有效膨润土含量足够[2]。
（三）排气针顶部掉落的散沙形成砂眼
如果在合箱之前没有把排气孔顶部周边的散沙彻底清理，在合箱期间可能掉落到型腔内部，浇筑后表面出现明砂眼。
对于该问题，需要避免使用明排气针，让型腔内部的气体通过压边冒口排出或者排入到暗冒口内部。
（四）铸件结构设计不合理导致的砂眼
圆角设计过小或者起模斜度偏小会导致型砂疏松，在浇注期间受到铁液浇注的影响出现砂眼。为解决这一问题需要增大铸件圆角以及起模斜度。
（五）流水线长时间停止之后会导致明砂眼
比如合箱时砂粒调入型腔以及受到铁液冲蚀，所以需要对型砂表面喷涂增强剂。
三、渣眼
导致灰铸铁渣眼出现的主要原因在于铁液纯度不高和非金属杂质进入型腔。解决措施如下：
（一）铁液纯净度不高问题
需要采用纯度更高的炉料，禁止使用表面生锈的炉料。同时需要对浇冒口表面进行处理。在浇筑过程中需要加强质量管理，避免炉渣随铁液共同进入型腔。
（二）浇注系统的不合理设计
需要采用具有挡渣作用的浇筑系统，在横浇道设计过程中保证内浇道和横浇道底面处于同一平面，缸底轴承座具有厚实度，如果内浇道不合理设置会导致铁液出现在轴承座上半部，加工之后出现，为此需要在轴承座砂眼集中的位置设置溢流冒口。
（三）选用的过滤网不合理
陶瓷过滤网质量要好于纤维过滤网，为了保证挡渣效果需要对过滤网的材料更换[3]。
四、跑火
跑火主要是由于金属液充型超出分型，之后进入上砂型。受多种因素影响泄漏口金属液会倒流砂芯内部，使得铸件内部液面下降、表面残缺。具体说来：其一是工艺设计不合理。砂芯和砂型存在较大间隙，并且没有设置压砂环，使得铁液通过间隙流入砂型排气系统，铁液逐渐不足，特别是自动浇注机设置为定量浇铸模式后原有的铁液已经凝固，继续补充作用不明显；其二，砂芯变形。该问题会导致砂芯配合之后出现间隙，铁液会顺着间隙进入排气系统；其三，砂芯疏松。该问题会导致砂环失去密封作用，并且铁液会进入砂芯外侧，主要解决措施如下：
（一）改进工艺
砂芯以及砂型之间需要重视间隙控制，合理设置压砂环深度，芯头不得设置在间隙较小的区域，然后使用封箱膏进行封堵处理。
（二）壳芯跑火处理方法
采用强度高、固化速度快的覆膜砂，并对加热工艺参数合理设置，还要避免为了提升产量而升温的操作情况。在芯盒材料选择方面，如果浇注系统设置在芯盒之上可以采用导热更快的铜质材料，确保浇注系统位置固化层厚度足够，避免铁液渗入壳芯。
五、冲砂
（一）铸件设计不合理问题
铸件出现局部位置过深以及圆角小、起模斜度小等问题后，会导致砂型部分位置疏松，当铁液流入后表面粗糙，出现砂眼。需要在图纸分析环节对工艺进行优化，并且与客户做好沟通工作。
（二）浇注系统设计不合理问题
由于横浇道和铸件的距离较近，导致吃砂量较小和砂型强度下降，可能出现浇筑期间铁液冲垮砂型，之后型砂被冲进型腔，出现多种质量缺陷问题。
六、冷隔
主要原因在于浇注中断、浇注温度低等导致铁液的融合效果较差，使得表面出现带有圆角的裂缝，解决措施如下：
（一）由于浇注断流引起的冷隔
先进入型腔的铁液逐渐冷却，之后浇筑的铁液不能和之前的铁液融合，所以需要保证浇注的连续性。
（二）铁液温度低问题
一般缸体的温度为1400-1430℃，如果缸体较薄温度范围在1430-1460℃，通过提升浇筑温度可以优化铁液的充型能力。
结束语：
综上所述，导致缸体出现质量缺陷的原因较多，需要结合实际情况对成因分析，然后优化工艺。此外，需要对制造期间加强管理，提升操作人员责任意识，由此减少缺陷。
参考文献：
[1]糜海飞.湿型砂铸造灰铸铁发动机缸体结疤缺陷的解决[J].金属加工（热加工），2020，1(4):84-86.
[2]胡溧，何一鸣，杨啟梁.蠕墨铸铁发动机缸体噪声辐射测试分析[J].中国测试，2020，46(2):131-136.
[3]康宽滋.汽车发动机缸体铸件现代铸造工艺发展的演变[J].现代铸铁，2019，39(3):53-57.