V22缸体局部热节的分析及解决措施

2017-02-08

摘要:汽车发动机生产过程中,对于缸体周围壁体的结构稳定有着严格的控制。在使用较为广泛的V22缸体中,对于铸造的上表面在热源升高的过程中会出现裂缝,随着温度不断升高,裂缝也相应增大,在缸体周围设置的散热网片进行架设使得排气口温度降低,利用冷铁的处理工艺,在根据实际的操作模式下得出V22缸体利用冷铁处理的方式将覆盖面的热量降低20%,同时在散热系统的帮助下改良缸体的裂纹情况,最终达到缸体局部热节的温度控制和缸体自身的稳定性。

关键词:V22缸体  局部热节  冷铁工艺

一.引言

汽车发动机的发展过程中,在对于发动机动力的性能方面提出了更高的要求。在使用V22缸体后,可以大量的满足发动机动力的要求,同时这种四缸的干式发动缸体可以保证车辆的动力速度,因此对于V22缸体的需求量也逐年提高。对于V22缸体制造中,主要的化学成分包括碳、铜、硫、磷以及一些如镉元素的稀有金属材料,通过对于这些化学材料在不同的配合比例的条件下进行铸造,最终形成净重62kg的缸体。在铸造过程中,最为关键的工艺是铸造的方式,通常情况下,V22缸体采用的是树脂合成组装的方式,在生产过程中,缸体始终控制在生产线的上方,利用的是上部浇筑的原理。


    在缸体的生产过程中,使用高温冶炼技术,在冶炼炉使用之前,借助英国史密斯光谱分析仪器对熔炉进行内壁分析,在满足要求后,进行高温冶炼。在配置化学材料中,包含有四分之一的生铁、二分之一的钢材、四分之一的高温催化剂。在设计冶炼制作中,规定熔炉的温度保证在1200-1350摄氏度(必须注意的是,在熔炉冶炼中需要加入少量的孕育剂以保证材料的抗氧化性)。在材料制造的初期,根据时间的控制来调节温度,严格的按照生产工艺进行。但是全程遵循设计规范,工艺上也按照流程进行,在生产出的缸体中还是存在一定的缺陷,究其原因是在缸体的表面处出现了裂缝,导致缸体本身出现质量问题。仔细分析故障,最终以冷铁的铸造的方式可以有效的控制这一缺陷。

二.V22缸体局部热节的分析研究

V22缸体中,最为关键的构件是缸体顶部对称的两个热节,由于设计的模数不同,热节的作用也有所不同,使得在铸造过程中冷凝的时间出现了相应的差异。在缸体的内壁中,由于稀有金属元素的附着,使得在端口出的厚度发生改变,使得热节处的温度出现了异常,直接影响了冷凝的时间。在进行了大量的缸体内壁的改良实验后得出,在适当的提高缸体模数后,可将原有的冷凝时间降低,当模数为原来的2.5倍时,冷凝的时间缩短至5.63min,使得整体构建形成完整产品,符合设计要求。对于该实验下的大、小热节进行分析后得出,在端口处不能进行冶炼,必须保证生铁的延展性,同时大热节周边的温度要略高于小热节附件温度。设计计算时,大热节的模量和温度根据热节系统的表征进行计算,而小热节的计算不能单纯只通过模量和温度,还需要结合大热节的相关参数,以此来获得热节生产的关键参数,保证生产工艺的正确。

V22缸体的热节位于整体结构的上部,从而形成了较为独立的热节系统,当缸体内部被化学试剂填充完成后,热节出现较长的凝结时间。当热节出现温度降低直至冷却时,缸体内部的试剂提前出现了凝结,在没有温度控制以及催化剂的填补下,试剂会出现收缩,后期制成的材料也会出现较大的缺陷。在这样的环境中,考虑使用排气口的方式将上部的温度迅速降低,利用冷铁进行上部端口的覆盖,把原有的散热面积进一步的扩大。按照此方法,热节在冷铁的作用下有效的控制了温度的下降时间,保证了试剂不会出现收缩,但是出现了明显的缩凸现象。当控制冷铁的接触面积后,将原有的接触面积降低21%后,保证了安全区域的情况下,在热节处的缩凸情况发生了改良,使得产品缺陷率降低了30%

当大热节出现凝结方面的问题,小热节也相应出现问题。在缸体内部结构中,大小热节相互连接,需要通过模数较大的材料进行连接。在初期的设计方案中,小热节上的冷铁覆盖的面积为35%,相比于安全的散热面积还有一定的差距,使得在改良了大热节的散热问题后,小热节也会出现一定的缩凸。当大热节出现覆盖程度小于安全散热值时,小热节还没有达到缩凸的状态,但是小热节出现了缺陷,大热节一定处于缺陷的状态。归其原因是在试剂凝结过程中,小热节处于下方,受到的温度改变较小,并且排气装置靠近小热节,因此小热节凝结的时间早于大热节。研究并实践发现,利用铁水可以彻底的改善大小热节的缩凸情况的发生。

三.V22缸体局部热节的处理方案

在结合上述的讨论,对于V22缸体内部要进行重新的优化设置。通过利用两种方案的研究彻底解决大、小热节在使用中出现的缺陷。第一种方法是使用铁水降温的方式,在结构顶部安装有75mm60mm30mm的冷铁,使用该方式可以将原有的降温接触面积从18%提高至47%,散热的程度大大提高。

方法二是在端口处增加冷铁,将底部的冒口改变成30mm20mm有角度为10°斜口,该方式可以彻底的解决大小热节缩凸的问题。另外,生产中为了防止冷铁气孔,保证冷铁的激冷作用,必须进行工艺规定:使用次数≤12;工作面挂砂或刷涂料,烘干后使用;禁用锈蚀和被油污染的冷铁;冷铁材质HT150HT250

 在解决铸造缩凸问题时,一般从以下几个方面入手:

 1)对于结构体在设计中的相关参数进行改变。如增加保压压力,增强补缩效果;降低浇注温度,减小铝液含气量。如果金属液在浇入时的温度过高,或者金属液过热时问太长,气体在金属内的溶解度和金属氧化程度便会随着温度的升高而迅速增加,从而产生缩孔。

 2)增加补贴,均匀壁厚,保证浇口与热节部分之问的补缩通道的通畅。

 3)增加工艺孔或优化产品结构,通过消除局部厚壁处来消除热节。点冷管直径、长度、压缩空气压力、温度和流量均保持不变,仅将点冷孔深入成型部分20mm。考虑到型芯强度,点冷孔新增部分直径4mm

 4)局部冷却。砂型铸造可在热节处增加外部冷铁,金属型铸造可增加点冷(空冷或水冷),加快热节部分冷却速度,在补缩通道封闭前实现热节区域完全凝固。结合下缸体铸件的具体情况,可从调整工艺参数、增加预铸孔和点冷三种方式入手制定整改方案。调整浇注工艺。浇注温度由700摄氏度调整为670摄氏度,降低30摄氏度;保压压力由51 KPa调整为43 KPa,降低8KPa,其它参数不变。

四.结束语

v22缸体铸件模数M=14.249999999999998px,周界商Q=47580.23 >3 000,属于薄壁稀疏体;而两个热节的模数分别是铸件的2.3倍和1.44倍,周界商Q<500,属于均匀厚实体;数据表明,铸件和热节应有不同的工艺措施。对热节采用冷铁方案时,冷铁的覆盖面积应大于热节散热面积(与型砂接触面积的)16.7%, V22缸体铸件热节处采用端口家冷铁工艺,既有效解决了两个热节的表面缩凸缺陷,又防止了覆膜砂水套芯发气多而产生的气孔缺陷。使用的冷铁材质为HT150-HT250,使用次数≤12次,工作面挂砂或刷涂料且烘干后使用。

 

参考文献

[1]刘增林.铸铁件热节区的凝固与补缩[J].铸造技术,2003,12(15):123-124

[2]魏兵.冷铁的应用[M].西安:陕西机械学院,2009,3(7):67-68

[3]杜旭初,洪润洲,罗传彪,等高强度ZL205A铝介金壳体铸件铸造工艺要点[J].铸造技术,2010, 31(19):45-46


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