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      寶珠砂冷芯工藝提升康明斯2.7CTI缸體水套內腔質量

      更新時間:2021-04-07 10:04:19點擊次數:391次
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      編輯導語:

             介紹了康明斯2.7CTI柴油發動機缸體水套砂芯的結構特點,針對研發試制過程中水套內腔出現的粘砂、變形、斷芯等問題,分析了與內腔質量強相關的工藝管控要素。通過采用寶珠砂冷芯制備工藝、涂刷鋯英粉醇基涂料、設計隨形排氣鑲塊以及清理工序的調整和完善,最終獲得了水套內腔光潔、尺寸合格的優質鑄件,滿足了產品的批量化生產需求,供同行參考。

             水套的主要作用是通過冷卻液的循環流動,持續將發動機燃燒室和缸體內壁的溫度轉移至散熱器,使缸體所處的熱環境穩定、可控。隨著缸體輕量化和集成化趨勢的不斷發展,水套內腔的設計空間不斷被壓縮,導致水套砂芯的壁厚越來越纖薄,輪廓結構也越來越復雜,從而極大地增加了內腔粘砂和尺寸波動的質量風險。

             2.7CTI柴油發動機缸體是一款直列式四缸機,鑄件牌號HT250,毛坯質量約78 kg,最大輪廓尺寸465 mm×400 mm×260 mm,鑄件結構如圖1所示。該產品采用濕型砂重力鑄造工藝,一型2件布局。水套砂芯長475 mm,最小壁厚3 mm(形成橫截面呈長條狀的缸間冷卻水槽,共3處),采用三乙胺冷芯制芯法,結構如圖2所示。


      1 2.7CTI缸體鑄件


             開發試制初期,缸體水套內腔存在較為普遍的粘砂現象,集中分布在兩缸之間的狹縫處。通過進一步的產品切割和壁厚檢測,發現沿長度方向上的缸孔壁厚均勻性較差,嚴重時可在缸孔外壁上看到“臺階”現象(水套砂芯的中間薄壁斷裂所致)。此外,還存在水套內腔出砂困難和內壁易附著“黑灰”的問題,為后續的鑄件清理和質量管控帶來困擾,存在較大的質量隱患,見圖3。


      2 水套砂芯

      a)斷芯

      b)粘砂

      3 水套斷芯與粘砂缺陷


             針對上述問題,分析了與內腔質量強相關的工藝管控要素,采取了一些列措施,最終獲得了水套內腔光潔、尺寸合格的優質鑄件,滿足了產品的批量化生產需求。


             工藝措施及其驗證


             1)選用100%寶珠砂制備工藝

             在工藝改進過程中,通過采用不同的寶珠砂添加比例,驗證水套砂芯的變形趨勢和粘砂情況。從表1可以看出,隨著寶珠砂添加比例的不斷升高,砂芯變形程度、粘砂比例和清理難度在整體上呈下降趨勢,但是硅砂的存在對驗證結果的影響仍然是非常顯著的。


      1 寶珠砂制芯效果驗證


             為了最大限度地提升過程穩定性,降低質量風險,我們選取100%寶珠砂添加比例進行2.7CTI缸體水套砂芯的射制。


             (2)采用雙層涂刷工藝

             為了進一步降低2.7CTI缸體水套砂芯表層的微孔尺寸,提升薄壁橫梁部位的高溫抗粘砂能力,我們采用了水基涂料結合醇基涂料的雙層涂刷工藝。


             綜上措施,生產驗證結果顯示,2.7CTI缸體水套內腔的粘砂比例下降至3%以內,粘砂形態由原來的團塊狀轉變為凸點狀,易于清理。此外,水套薄壁橫梁部位的高溫形變量整體穩定在0.5 mm以下,缸孔壁厚均勻性得到明顯改善,符合產品技術要求(圖5)。

      5 量產階段的2.7CTI缸體內腔切割狀態


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