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1、淺談鋁活塞鑄造缺陷分析 淺談鋁活塞鑄造缺陷分析 2018/09/01 摘要：簡要介紹了鑲耐磨鑲圈活塞無損檢測廢品率高的原因和影響因素，并以一個典型產品為例說明澆道設計對活塞質量的影響。 關鍵詞：耐磨鑲圈；無損檢測；澆道設計；活塞質量 活塞是發(fā)動機的核心部件，在缸體內的工作環(huán)境十分惡劣。隨著汽車性能的提高，對活塞的要求也越來越高。為了達到活塞耐高溫、耐磨損等性能，活塞廠家會采用基于阿爾芬法的活塞環(huán)槽鑲奧氏體耐磨鑲圈技術。活塞環(huán)槽鑲耐磨鑲

2、圈，不僅可以提高活塞的耐磨性，還可以延長活塞的使用壽命。當鑄造條件不當時，活塞鋁基體和鑄鐵鑲圈結合層會產生氧化皮、夾渣等鑄造缺陷，嚴重時會導致活塞開裂。由于活塞鑲環(huán)工藝要求嚴格，鑲環(huán)廢品率過高是活塞生產廠家的一個難題。鑲圈缺陷雖然可以通過超聲波無損檢測出來，但從鑄造源頭降低廢品率才是解決問題的根本。 1.生產現(xiàn)狀 BH1303-1活塞是我公司為某汽車廠設計研發(fā)的一款重點柴油機產品。該產品頂部鑲耐磨鑲圈，且?guī)в袃壤溆偷溃捎梦夜咀灾餮邪l(fā)的QZ180A全自動鑄造機生產，工藝穩(wěn)定性強，生產效率高。該產品廢品率一直在10%以上，由于供貨量大，鑄造廢品給我公司帶來了很大

3、的經濟損失，同時對我公司的計劃排產也造成了很多困擾，因此我們針對該產品進行重點改進。 2.廢品統(tǒng)計分析 （1）通過統(tǒng)計，2017年上半年共生產BH1303-1活塞50058只，產生鑄造廢品6570只，鑄造廢品率高達13.12%（見表1）。（2）鑲環(huán)鋁活塞的鑄造廢品類型主要有鑲環(huán)廢品、夾渣和縮松等。針對BH1303-1產品的鑄造廢品類型進行統(tǒng)計分析（見表2），鑲環(huán)廢品占整個鑄造廢品的88%，因此降低鑲環(huán)廢品率是解決BH1303-1活塞鑄造廢品率過高的關鍵。 3.原因分析 鑲環(huán)廢品一般有環(huán)下氧化皮、滲環(huán)不合格、滲鋁層斷裂幾種形式。為確

4、定具體的環(huán)廢形式，我們把耐磨鑲圈從廢品活塞上破壞剝離下來進行觀察。共取10只活塞進行破壞性試驗，發(fā)現(xiàn)全部為環(huán)下氧化皮廢品（見圖1），并且氧化皮全部都在位于澆道同一側的同一位置區(qū)域內。在傾轉澆注時，鑲圈a側最先接觸到鋁液，即最先接觸到鋁液表面的氧化物。根據(jù)試驗結果，氧化皮固定出現(xiàn)在偏離ab中心線的固定區(qū)域c內，說明澆注過程中c處的鋁液沖刷效果不好。側注式澆注系統(tǒng)在活塞上應用較為廣泛，當個別活塞長徑比較大時，傳統(tǒng)的開放式澆注系統(tǒng)鋁液對鑲環(huán)沖刷力偏弱，會造成鑲環(huán)無損檢測廢品較高。將目前使用的傳統(tǒng)澆注系統(tǒng)建立3D模型，導入MAGMA軟件進行鑄造模擬分析。通過對澆注模擬過程反復觀察分析發(fā)現(xiàn)：活塞澆注系統(tǒng)

5、內澆道的流速取決于壓頭的大小。當澆注量小時，現(xiàn)有的開放式澆注系統(tǒng)由于澆注時間比較短，整個澆注過程中鋁液流速變化不明顯；當澆注量大時，澆注時間相對增加，特別是在澆注后期，隨著模具型腔內外液位差逐漸降低，壓頭越來越小，鋁液流速就會變慢。鋁液沒有充足的動力源，一旦液面上氧化薄膜黏附在鑲環(huán)上，不容易被沖刷下來，從而產生環(huán)下氧化皮廢品。 4.制訂措施及實施 為防止鑲環(huán)氧化皮廢品，鋁液在澆注過程中要保證有足夠的壓頭和盡可能快的澆注速度。理論上分析，增加動力源與型腔之間的高度位置差，可以加大壓頭，增加澆注速度。但是從實踐中發(fā)現(xiàn)，動力源過高，澆注鋁液流速快，鋁液的表面張力就不能

6、約束液流，鋁液在澆注過程中不能保持平穩(wěn)充型，會將空氣中的氧氣卷入鋁液中，氧氣與鋁液反應生成氧化物。在平穩(wěn)澆注時，鋁液外表致密的氧化層會隔絕氧氣，保護鋁液內部不被氧化。保持原有的澆口杯高度不變，在之前側式縫隙澆注系統(tǒng)（見圖3）的基礎上，我們更改了橫澆道與內澆道和直澆道的結合方式，橫澆道下移形成了類似底注的側式澆注系統(tǒng)。直澆道與橫澆道采用圓滑過渡，結合目前使用的自動傾轉澆注工藝可以最大限度地保持鋁液的平穩(wěn)充型。將更改后的模具結構進行鑄造過程模擬，發(fā)現(xiàn)澆注過程鋁液流向與之前產生環(huán)下氧化皮位置區(qū)域重合，因此更改后澆注鋁液對鑲圈的沖刷效果較好。 5.改進效果 將更改后的模

7、具進行試驗生產，我們取10個活塞進行破壞性試驗，未發(fā)現(xiàn)環(huán)下氧化皮廢品。經過幾次小批量生產驗證后，鑄造廢品率較之前有明顯降低。因此我們將更改后的模具用于批量生產。經過統(tǒng)計，2017年下半年共生產BH1303-1活塞63450只，共產生料廢3742只，鑄造綜合廢品率5.9%，其中鑲環(huán)廢品率大幅降低，改進效果明顯。 6.結語 本文只是針對BH1303-1活塞分析了鑄造缺陷的產生原因及應對措施，并提供了解決問題的思路。合理的澆注系統(tǒng)不僅可以保證鑄件的內在質量，還可以提高鋁液的鑄件出品率和生產效率，產生的經濟效益十分顯著。在實際生產中，活塞結構種類繁多，鑄造缺陷更加復雜。

8、只要基于活塞的鑄造原理，從工藝、模具、過程控制出發(fā)，不難找出鑄造缺陷的主要成因。再用模擬軟件輔助，通過現(xiàn)場試驗改進，可最終解決問題。 參考文獻： [1]秦有志，王志強，劉世英.柴油機活塞鑄鐵鑲圈粘接分離問題研究[J].內燃機與配件，2007（2）：2-5. [2]張屹林，楊景飛.鋁活塞耐磨鑲圈鑄造缺陷分析[J].熱加工工藝，2008（13）：113-117. [3]孫國臣，顏魯濱，齊鵬.大功率柴油機活塞鑲圈缺陷的分析與改進[J].內燃機與配件，2012（2）：17-21. 作者：王云峰；王劍；李曉婧；鄧士東；商玉猛；高青 上一個文章： 整體鑄造短軸組件在破碎機的應用下一個文章： 沒有了