气缸盖是柴油发动机的主要部件之一，柴油发动机工作过程中燃烧室内的工作温度高达2 000 ℃左右，气缸盖不仅承受燃烧室带来的高温循环热冲击载荷，还要承受燃烧室内高气压循环的冲击载荷，尤其是面向高压侧和阀座孔内部，均不允许有铸造缺陷；气缸盖上的油管孔和喷油孔，工作环境比较恶劣，要求内部组织必须致密，因此对气缸盖铸件本身的内外部质量要求较高,铸件结构如图1所示。

图1 气缸盖铸件

16V190气缸盖铸件的材料为RuT300，具有优异的力学性能、抗热疲劳性能及气密性好等特点，为不影响气缸盖水腔内的水流冷却效果，要求水腔内部光滑无毛刺，水腔和气道间的壁厚必须控制在6～8 mm，铸件整体尺寸精度控制在CT10～CT11级。

气缸盖铸型整体选用树脂砂机器造型，铸型设计为2件/型，部分砂芯采用树脂砂手工制作，水腔芯、螺栓孔芯则采用覆膜砂热射芯制作。由于气缸盖铸件内腔曲面较多、结构相对复杂，工艺上设计砂芯累计22件。铸型采取水基涂料淋涂，通过干燥炉干燥，干燥保温温度为170 ℃±10 ℃，保温时间是3.5～4 h，砂芯采用醇基石英涂料与水基石墨涂料复合工艺淋涂，配模过程中砂芯采用分层叠加组芯的方式，砂芯配合面多采用铸工胶粘接，配模完成下型然后再进干燥炉干燥。气缸盖铸件重量是89 kg/件，鉴于铸件为厚壁件，局部壁厚仅6 mm，工艺上要求铁液浇注冲型要迅速平稳，因此采用阶梯式浇注系统，浇注温度为1 380～1 390 ℃、浇注时间控制在15～20 s。

16V190气缸盖在铸造生产过程中容易出现砂眼、浇不足、内腔毛刺、气孔等典型缺陷，这些典型铸造缺陷的形成原因在下文分别具体阐述。

1.1 砂眼

16V190气缸盖铸件的砂眼缺陷是指铸件清理后，发现铸件存在局部尺寸不完整或存在较大孔洞或内腔内壁破损等现象，由此造成铸件砂眼。大多数情况下产生铸件砂眼主要是配模合箱过程操作不当导致的。螺栓孔芯落芯不到位、螺栓孔芯与下芯底面不垂直、合箱时天车吊运上型不平稳，这些都会导致合箱操作时铸型上型撞断螺栓孔芯，使砂芯断裂掉进铸型内腔，不易检查造成后期浇注后铸件出现砂眼（图2）。另外，上水腔与喷油器孔芯采用分体砂芯，通过铸工胶粘合后整体下芯，砂芯粘合难免有些累积误差；此时喷油器孔芯座内若存在浮砂或涂料堆积现象，导致下芯不到位，再加上合箱过程中上型吊运平稳度控制不好，也会在合箱过程中撞断或压断砂芯，产生掉砂现象，同样造成浇注后铸件局部产生砂眼缺陷（图3）。

图2 螺栓孔芯断造成砂眼

图3 小水腔芯断造成砂眼

1.2 内腔毛刺

16V190气缸盖铸件的内腔毛刺缺陷是指气水腔或其它内腔部位存在不规则且厚度不一的一层形似“薄铁皮”一样的东西。内腔毛刺形成的原因主要有两种可能。分别是：

⑴由于气缸盖水腔结构较为复杂，所以水腔内结构砂芯采用热芯盒射芯工艺制作，但覆膜砂受热软化易形成缩沉问题，导致砂芯结壳层较薄，砂芯在自然冷却过程中收缩会产生毛细裂纹，铁液浇注过程中砂芯受到铁液的高温热辐射后会开裂，从而使铁液渗入砂芯形成不同程度的毛刺。

       图4 下水腔芯粘合面

图5 下水腔芯粘合后

1.3 浇不足

16V190气缸盖铸件的浇不足缺陷，形成的主要原因是浇注过程中分型面处存在铁液溢出现象即漏箱，另外还受到铁液的纯净度、浇注温度高低、过滤片放置是否正确，以及气眼漏铁等影响，见图6。

图6 铸件浇不足

1.4 气孔

16V190气缸盖铸件的气孔缺陷，产生的主要原因为采用树脂自硬砂造型制芯，型砂中的树脂、固化剂等，在高温铁液的热作用下会产生大量的气体，浇注过程中随铁液卷入到铸型内部，最终使铸型内部气体不能顺利排出，导致铸件冷却成型后出现气孔，并且气孔多为侵入性气孔（图7）。

图7 气孔缺陷

2.1 砂眼缺陷改善措施

⑴结合实际制作下芯用卡板以确保砂芯能下到位，该气缸盖实际采用的是组芯铸造工艺，根据砂芯下芯实际制作下芯卡板，尤其是涉及砂芯高度方向的配合面必须制作高度确认卡板，减少砂芯下芯累积误差，以防止合箱过程中上型压断螺栓孔芯及相关砂芯，避免砂芯下芯过程中断裂。

⑵结合铸件结构制作内腔壁厚卡尺和6 mm软皮线，规则的壁厚尺寸采用壁厚卡尺检查，气道等不规则的曲线形壁厚采用软皮线当作检查塞尺，穿过曲线形型腔，确保曲线部位最小壁厚尺寸，由此保证内腔相关砂芯下芯到位，防止合箱过程压坏砂芯。

⑶经常性开展质量意识培训，提升作业人员质量意识，下芯过程中对芯座内的浮砂或堆积的涂料逐个清理到位，下芯后逐个检查核实螺栓孔芯的垂直度，合箱过程中由专人检查螺栓孔芯与上型芯座是否发生碰擦，确保合箱平稳防止上型压断螺栓孔芯等压坏砂芯现象发生。

2.2 内腔毛刺缺陷改善措施

⑴为了防止铸件内腔毛刺的产生应着力提升水腔芯砂芯自身质量，控制射芯温度及保压时间等工艺参数，确保砂芯结壳层厚度>5 mm，另外在配模前采用醇基锆英粉涂料进行2次浸涂以提高砂芯表面的致密性、耐火度及强度^[2]。

⑵加强水腔芯下芯细节质量控制，确保水腔芯下芯到位。下芯时首先进行上、下片水腔砂芯的试配，检查配合面配合情况，根据各部位形状对两片砂芯配合面进行适当修整使配合平整，配合面间隙控制到最小。其次在下上片水腔芯时，先在下片水腔芯的配合面上绕开排气槽，均匀地涂上一层铸工胶，然后再合上上片水腔芯，稍加压力使铸工胶往两侧挤压，取出上片芯并检查两片砂芯粘合情况，刮去多余的铸工胶，最后对粘合不够严密处，用铸工胶进行适当修补，再次合上上片砂芯并加压，以此确保两砂芯配合面足够严密，降低铁液渗入砂芯的可能性，减少水腔内毛刺。

2.3 浇不足缺陷改善措施

⑴防止浇注过程中漏箱。首先造型过程中检查砂箱等工装状态，对缺失或松动的砂箱不使用，以防止铸型整体下沉，其次合箱前在下型分型面沿周避开浇道放置φ4 mm封箱泥条，箱卡紧固铸型时，需对角同时紧固，以确保铸型受力均匀。

⑵控制铁液质量及浇注过程质量。浇注过程中一方面要控制好原铁液质量，做好扒渣除渣等工作，另一方面要加强浇注过程挡渣操作，浇注时浇包嘴必须接近浇口杯，迅速冲满浇口杯，保持浇口杯内液面，避免充型过程中产生紊流、涡流甚至飞溅，杜绝浇注过程中断流造成熔渣堵塞过滤孔。

⑶确保陶瓷过滤片放置正确。工艺设计时，在浇注系统的直浇道与横浇道搭接处，放置陶瓷过滤片以起挡渣作用^[3]，陶瓷过滤片放置时，必须确保入流孔向着浇口杯，保证铁液顺向流过过滤孔并流入铸型。

⑷控制引气孔、气眼等畅通且后期处理到位。确保砂型及砂芯内气道畅通并在配模过程中做好砂芯引气孔制作工作，引气孔尽可能预留在上型，另外引气孔周围应做好必要的密封，以防止铁液进入引气孔造成漏铁。

⑸控制浇注温度。气缸盖浇注过程中，开始浇注温度按照工艺上限（1390 ℃）控制，浇包内铁液做好保温措施，覆盖适当的保温材料，浇注过程中应平稳有序快速浇注，尽量保证浇注后期浇注温度在工艺要求范围之内。

2.4 气孔缺陷改善措施

⑴完善工艺合理设计浇注系统。工艺设计时要确保内浇道的设计，有利于铁液冲型平稳、气体上浮顺利的原则，冒口、气眼等设计时要位置正确、数量合理，有利于铸型内的气体能顺利地排出型腔。

⑵控制好砂芯的排气作用。砂芯浸涂前先堵塞气道孔，以防浸涂时涂料堵塞气道，另外打通所有砂芯芯头内气道和浸涂前堵塞的气道孔，并延伸至砂芯的厚实处，倒出砂芯内部分碎砂，使砂芯气道通畅。

⑶做好砂芯及铸型的引气工作。下芯前根据型腔内砂芯芯头位置，从铸型外侧打通引气孔至芯座，在芯座内涂上铸工胶堵好芯头间隙，绕开引气孔在其周围涂上铸工胶（图8），防止浇注过程中铁液进入引气道堵塞气道，使砂芯内产生的气体不能顺利排出铸型。

图8 粘结剂位置

综上所述，采取相应改善措施，实际生产过程中有效避免了16V190气缸盖铸件的砂眼、内腔毛刺、浇不足、气孔等缺陷的发生，气缸盖铸件的废品率由原来的3.8%下降到0.8%，获得很好的实施效果。

针对该气缸盖存在的砂眼、内腔毛刺、浇不足、气孔等典型铸造缺陷问题，根据实际情况分析相关问题产生的原因，并采取相应的解决措施，有效地提升了气缸盖铸件产品质量，气缸盖铸件的废品率下降了3%。

鉴于气缸盖铸造生产过程中细节质量的把控对气缸盖铸件质量的好坏有直接影响，结合生产经验和实践，合理设计和完善相应的铸造工艺，规范现场操作要求，制定相关措施并实施到位，极大地减少铸件报废量，提高生产效率，降低了生