程宗凭
广东顺德三合工业自动化设备股份有限公司
摘要：当前，大型活塞式压缩机气缸体铸件因其铸造工艺性很差，极易产生气孔和渗漏缺陷。在公司空调压缩机和缝纫机底板铸件铸造生产过程中，若气孔废品率过高，会给企业造成较大的经济损失。空调压缩机类铸件的气孔废品率尤为突出，因此应开展降低空调压缩机铸件气孔废品率技术攻关。
关键词：铸件；气孔；废品率
引言
铸件气孔是铸件内由气体形成的空洞类缺陷，表面一般比较光滑，呈梨形、圆形和椭圆形，一般不暴露于铸件表面，大孔常孤立存在，小孔成群出现。气孔对质量危害较大，不仅减小铸件的有效承载面积，还会导致应力集中，成为零件裂纹源。针对空调压缩机铸件气孔废品率较高的问题，对铸件数据统计分析制定合理的设定目标，并对产生气孔缺陷的原因进行分析，制定相应对策，最终将气孔废品率降低到设定目标。
1现状调查
该铸件结构复杂，由气道芯、水道芯、筒子砂芯等多部分组成，内部水道、气道呈空间环形网状结构，内部水道与缸径间壁厚30mm，水道与气道间壁厚40mm。铸件的制造和验收应符合《灰铸铁件》及《容积式压缩机用灰铸铁件技术条件》的有关规定；铸件应进行时效处理，硬度207-257HB，同一铸件上硬度差应不大于25HB；铸件上不允许有裂纹、冷隔等缺陷，气缸的肋板12只阀孔密封面、装填料箱处的密封面、气缸工作面及各主要连接螺栓孔处都不得有疏松、缩孔、砂眼和夹砂等缺陷，且不允许焊补；气缸加工后要做水压和气密性试验，水腔及气腔试验压力均为0.6MP，保压时间大于30分钟，不允许有渗漏现象；水压试验合格后对气道进行气密性试验，试验压力为0.2MPa，保压时间大于30分钟，不允许有渗漏现象。经对废品件外观观测分析得知，造成铸件废品的主要缺陷为气孔.!2002年以来，由于产量平均以年120%以上的幅度在高速增加，生产节奏加快了，废品也相对多了，其中大型气缸废品率占总废品的大部分。该类大型气缸主要报废缺陷的表征一是在缸径内局部区域出现"1-3个气孔群，粗加工后即暴露出来；二是在缸肩处出现气孔群，清理后即明显可见。
2设定目标
从人、机、料、法、环、测6大因素进行分析，决定将气孔废品率降至4.5%以下。
3缺陷生成分析
对产生气孔缺陷的原因进行分析，确认产生缺陷原因：（1）操作人员严格执行熔炼工艺规范，出炉前测量出炉温度，并做好记录。因此可确认出炉温度偏低为非要因。（2）铁水出炉后经过2次倒包，浇注前测量浇注温度，但小件车间流水线生产为连续多箱浇注，由于单箱重量差异，末尾几箱浇注温度偏低，因此可确认浇注温度偏低为要因。（3）型砂水分在浇注高温铁水作用下产生气体，在铸件凝固前如无法排出就产生气孔，因此型砂水分偏高为要因。（4）通过检测，旧砂含泥量、有效膨润土均在型砂工艺要求内，因此可确定旧砂含泥量、有效膨润土偏高为非要因。（5）残留覆膜砂芯、陶土结块在热作用下产生大量气体，因此可确认残留覆膜砂芯、陶土结块偏多为要因。
4制定对策及对策实施
4.1浇注温度偏低
控制浇注温度，支架类控制在1400～1370℃，下轴类控制在1420～1390℃。措施：（1）监测浇注温度；（2）大、小浇包铁液覆盖；（3）紧凑浇注，缩短浇注时间，保证直浇口一直处于充满状态，防止断流以免卷入气体；（4）烘包、烫包。
4.2型砂水分偏高
控制型砂水分，型砂水分：（3.0～4.0）%。措施：（1）增大新砂加入量；（2）降低旧砂含泥量。
4.3残留覆膜砂芯、陶土结块偏多
筛分残留覆膜砂芯、陶土结块，旧砂中无残留覆膜砂芯、陶土结块。措施：旧砂库出口处增加过滤筛。
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4.4工艺设计因素
4.4.1出气孔的大小对铸件气孔类缺陷形成影响较大，若出气孔尺寸太小，而发气量很大，砂芯排气就不流畅，气孔缺陷就可能出现；气孔总是出现在铸件最高或最后凝固的区域，若在此区域冒口能最后凝固，气体迁移至冒口中，就能减少铸件气孔缺陷；浇注系统设计也很关键，若型芯大量发气集中在铁液充型过程中或糊状凝固前，此时一旦排气不畅必然造成铸件气孔缺陷。
4.4.2措施
对水道砂芯和气道砂芯通气条直径由原6mm改为8mm，芯头区域通气条采用双股，对筒子砂芯出气孔采取双向出气，孔径放大，达到砂芯总表面积的0.06%，同时对筒子芯采取中间下铁芯，既存气又促进冷却。"将浇注系统改进为主副浇注系统，原主浇注系统由开放式改为底注封闭式，调整直浇道直径和内浇道数量；增加一道顶注式副浇道。改造后浇注系统兼容了阶梯式、顶注式、底注式优点而摒弃不足，从而提高铁液补缩与出气能力。
4.5工艺设计因素
4.5.1分析
出气孔的大小对铸件气孔类缺陷形成影响较大，若出气孔尺寸太小，而发气量很大，砂芯排气就不流畅，气孔缺陷就可能出现；气孔总是出现在铸件最高或最后凝固的区域，若在此区域冒口能最后凝固，气体迁移至冒口中，就能减少铸件气孔缺陷；浇注系统设计也很关键，若型芯大量发气集中在铁液充型过程中或糊状凝固前，此时一旦排气不畅必然造成铸件气孔缺陷。
4.5.2现状
砂芯通气条为直径6mm的单根；底注充型；冒口数量35-30mm；浇注时间在1min以内。
4.5.3措施
对水道砂芯和气道砂芯通气条直径由原6mm改为8mm，芯头区域通气条采用双股，对筒子砂芯出气孔采取双向出气，孔径放大，达到砂芯总表面积的0.06%，上平面冒口尺寸放大；同时对筒子芯采取中间下铁芯，既存气又促进冷却。"将浇注系统改进为主副浇注系统，原主浇注系统由开放式改为底注封闭式，调整直浇道直径和内浇道数量；增加一道顶注式副浇道。改造后浇注系统兼容了阶梯式、顶注式、底注式优点而摒弃不足，从而提高铁液补缩与出气能力。
5华铸软件模拟情况
为了更好地分析原因，采用铸造软件进行前期工艺模拟。本次采用的软件是由华中理工大学研制开发的铸件凝固模拟软件系统，它由三个相对独立的模块组成，即前置处理（由实体造型及网格剖分模块组成）、计算处理部分和后置处理部分。它的支撑平台与充型凝固过程均为三维，通过凝固过程液相分布的时序动画，可以显现凝固过程相变的细节，根据变相细节，又可以得出铸件缩孔和缩松倾向及位置的判断，据此即可判定工艺的优劣，从而达到改进工艺、优化工艺、缩短新产品试制周期、减少试制成本和降低废品等目的。局部的缩松问题和阻碍排气的倾向，采取增加铁芯和加大冒口直径等是可尝试的，结果也显示是必要的、适宜的工艺措施。
结语
通过控制浇注温度、控制型砂水分、筛分残留覆膜砂芯及陶土结块，避免了出炉温度偏低，浇注过程产生气体较多因素，使铸件气孔废品率得到控制，并处于相对稳定状态，完成了既定目标。消除大型活塞式压缩机气缸体气孔群缺陷，必须从工艺、造型材料、造型和造芯过程、配模及熔炼浇注等各道环节同时入手。具体措施：一是减少造型材料发气和浇注前型腔中的水气；二是排气通畅，补缩有效，快速及时排气。对气缸体气孔群缺陷成因进行分类分析，并采取相应的措施，气孔群缺陷基本得到消除，效果良好。
参考文献
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论文作者:程宗凭
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
标签：气孔论文; 铸件论文; 缺陷论文; 废品率论文; 冒口论文; 型砂论文; 工艺论文; 《中国西部科技》2019年第23期论文;