高广阔，梁启辉，金延竹，王建东，刘景锋，胡玲海，邵 状

（一汽铸造有限公司，吉林，长春）

1 问题的提出

主轴承盖是大众公司第三代EA211发动机上的一个新产品，该产品的材质为球墨铸铁QT500-7，一组铸件（五个轴瓦盖）单重为3.60kg，该铸件质量和性能要求都非常高，铸件表面不允许有砂眼、渣孔和气孔等铸造缺陷，铸件内部不允许有缩孔缩松和针孔等缺陷。所以，该铸件无论从材质上，还从铸件的表面和内在质量上都是要求比较高的，对于一般材质为灰铁的主轴承盖铸件，传统生产工艺为砂型铸造，但是，对于质量要求非常高的轿车球铁主轴承盖铸件，采用普通的砂型铸造工艺就难于保证铸件质量。因此，特铸厂采用壳型铸造工艺生产该新产品，通过近两年来开发生产，该产品存在一个最突出质量问题就是铸件加工后存在缩孔缩松缺陷，严重时缩孔缩松缺陷废品率高达50%以上，平均在25%左右，由于主轴承盖存在较严重缩松缩孔质量问题，使该产品一直没有得到一汽-大众公司质量认可，所以也就没有正式批量供货。

2 现状及问题

EA211发动机主轴承盖是2013年开始研发试制的新产品，2013年的下半年开始小批量向一汽-大众供货，在下道工序（用户）加工时存在一个最突出的质量问题就是铸件加工后再铸件加工表面的中心位置有大小不一的缩松缩孔缺陷。

（1）五个小主轴承盖为一组铸件，如图1和图2所示。

（2）一组主轴承盖铸件要加工出5个单一轴瓦盖（相当于对其铸件进行解剖，所以是比较容易出现内部缺陷的），其表面缩松缩孔缺陷如图3所示。

（3）2013年7-11月共上线加工1509件，缩松废品364件。2014年共进行10次小批量生产试制，全部送到下序加工，共计上线加工1972组铸件，加工合格数1452组件，因缩松缩孔废487组件，2013年和2014年共送下序加工3703件，缩松废品共计969件，其缩松缩孔废品率为26%，具体统计如表1。

3 主轴承盖产生缩松缩孔原因分析

（1）原主轴承盖的浇注系统和冒口设计不合理，不利于补缩，也就是说补缩效果不理想，，原主轴承盖的浇注系统和冒口如图5和图6所示，其浇注系统为底注式，三个件采用一个顶置冒口。从下图可以看到是把三组铸件连在一起，变成一整体铸件，其单重为10.8kg,浇注时铁水从铸件底部向上流到冒口处，最后进到冒口里的铁水温度要低些，如果浇注时帖数温度较低时，冒口里的铁水有可能先凝固，这时的冒口就没有起到补缩作用。

（2）铁丸温度偏高，采用壳型铸造工艺生产，其壳型背填充铁丸，铁丸有两个作用，第一作用是加固壳体强度，使其在浇注凝固时不涨箱，第二个作用是提高铸件冷却速度。在实际生产过程中，特别是到了夏季天热车间温度高，主轴承盖生产时工艺规定要小于60℃，但是实际生产时铁丸温度一般都高于80℃，有时高达120℃，由于铁丸温度高，导致主轴承盖冷却慢而产生缩松缺陷。

（3）三组铸件连载一起而形成一个整体铸件如图10，这样增大了铸件的体收缩，同事也使铸件整体尺寸变大，特别是铸件高度增加三倍，使铸件收缩倾向增大，也不利于补缩。

（4）化学成分不稳定，特别是碳C含量和硅Si含量控制不好，有时偏低，使碳当量CE偏低，对球铁来说，特别是碳含量和碳当量偏低，球铁件收缩倾向增大。

（5）铁水浇注温度偏高，从主轴承盖的浇注系统形式和顶置冒口的工艺特点，如果铁水温度高，铁水收缩倾向性大，在该件的浇注系统和冒口补缩不利的情况下，该件产生缩松缩孔的倾向也加大。

（6）壳型的黏结效果不佳，壳型黏结的质量主要靠热熔胶涂的多少来保证，壳型涂胶是人工操作，有时操作不注意时，胶涂得就少，这样对壳型的强度有很大的影响，型壳黏结不好，其强度低容易产生涨箱，因此，铸件也容易产生缩松缩孔。

4 主轴承盖缩松缩孔的研究公关

2015年，“降低EA211发动机主轴承盖缩松缩孔废品率”的项目已列为集团生产部本年度质量攻关和技术创新项目之一，在今年年初由铸造公司技术中心和特铸厂组成了“降低EA211发动机主轴承盖缩松缩孔废品率质量攻关小组”，攻关小组从铸件的化学成分，铁水浇注温度，铸件冷却的铁丸温度，浇注系统和冒口系统等进行了广泛深入的研究，采用计算机模拟和实际生产试验相结合，半年多来，通过实际生产试验，掌握了大量的试验数据，也取得了较好的效果。

4.1 调整化学成分

调整化学成分主要把C和Si提高到工艺范围的上限，具体如表2。

共进行三次生产试验，其统计情况如表3。平均缩松废品率大约在16%左右，效果不是很好。

4.2 降低铁水浇注温度和砂箱铁丸温度

就是把铁水浇注温度由原来的1400-1440℃降低到1350-1390℃，砂箱铁丸温度由原来生产时的80-100℃控制在60℃以下。实际生产测试结果如表4和表5。

共计生产396件，上线加工385件，缩松废品64件，缩松废品率17.2%，效果不理想。

4.3 三组连体铸件不变，低注浇注工艺改为上、中、下多种横浇道方式

4.4 在上面三个方案的基础上改变工艺

在上面三个方案的基础上，又进行了增大冒口径，取消冒口锋腰、增大铁水流通通道、提高炉前硫含量到0.02%，提高铁水形核能力等工艺试验，具体试验情况如下：

方案四：在方案一的基础上增大冒口径；

方案五：在方案二的基础上增大冒口径；

方案六：在方案三的基础上增大冒口径；

方案七：在方案一的基础上增大铸件中铁液流通通道；

方案八：在方案一的基础上将浇注温度控制在1380-1390℃；

方案九：在方案一的基础上提高炉前硫含量到0.02%，提高铁水形核能力。

每种方案计划调试10型，分两炉调试，将调试铸件发往加工厂家加工验证。

结果分析：7个工艺改进方案中，方案6效果最好，缩松废品率为1.9%，其他改进方案都不理想，后来对方案6又进行了3次工艺验证，但是出现反复，平均达到10%以上。

4.5 在以上方案基础上进一步改善方案

对三连体主轴承盖铸件缩松位置的统计分析。从图22可以看到缩松是在上两个铸件，而且都在2、3、4瓦上，三瓦相对比例较多些。

4.6 进行较大工艺改进

进行较大的工艺改进，把原来的一型6组铸件改为一型4组铸件，即把原来3组联体铸件改为每组铸件独立存在，每组铸件设置独立的补缩冒口，目的就是提高冒口的补缩效果。

（1）先进行计算机凝固模拟，优化最佳工艺方案。

方案1：一型四件，铸件横放底注两个浇道，近似方型冒口在上，放置四个过滤网，通过模拟四个轴瓦都存在着缩松如图23。

方案2：一型四件，铸件横放，采用发热冒口，放置四个过滤网，通过模拟3个轴瓦存在着缩松如图24所示。

方案3：加大冒口规格，仍然采用发热冒口，但重新设计冒口茎，冒口径底部由56*18改为：20*18。

通过模拟4个轴瓦缩松缺陷消除，但工艺出品率低于30%，如图25。

方案4：采用较大的普通冒口，通过模拟一个轴瓦有缩松缺陷，但工艺出品率低为25%，如图26。

方案5：铁水从冒口中进入，对此方案进行多次模拟优化，最终确定冒口尺寸（即不产生缩松，出品率也要高）：底部直径127mm，顶部直径119mm，高度133mm。采用该规格冒口，4个轴瓦缩松基本消除，工艺出品率达到40%以上，如图27。

（2）通过计算机模拟，方案5效果最好，不但缩松缺陷基本消除，而且工艺出品率相对较高，所以，采用方案5进行生产试验验证，重新制造两套主轴承盖的模具，制壳、熔化浇注、铸件清理和送下序加工，共进行6轮生产试验，生产轴瓦盖1100件。

进行生产试验验证，从5月初到7月末共进行6轮试验，送下序加工995件，缩松废品20件，缩松废品率2.3%。见表7。

5 结束语

EA211主轴承盖是一个质量要求很高的产品，由于材质是球墨铸铁，所以，铸件容易产生缩松缩孔，特别是该件在加工时是将一个整体铸件切成五个小轴瓦，折旧相当于把每个铸件都要解剖成五块，使铸件内部缩松缩孔缺陷暴露的一清二楚。我们攻关小组做了大量的工艺改进和实际生产试验工作，我们把计算机模拟和生产试验相结合，最终通过一型四件单组冒口，铁水从冒口中进入的工艺方案，使该件缩松缩孔废品率由原来的26%降低到2.5%以下，质量攻关的效果比较明显，该件的质量水平得到下序的认可，也得到一汽-大众的认可。