缸盖是发动机关键部件之一，因其壁薄、结构复杂、尺寸难以控制而成为铸造难度较高的铸件之一。在铸造
这些尺寸超差可能会影响铸件加工、装配和使用等功能。下面介绍这些问题的原因与改善措施。
根据客户要求，493缸盖铸件毛坯应进行粗加工后交付，客户再依据粗加工的尺寸基准进行精加工。铸件粗加工时，主要控制底面进排气孔的中心至右侧面距离84.5 mm±0.5 mm尺寸(如图1所示)，同时保证顶面罩边壁厚尺寸在7.5 mm≤H≤9.5 mm(如图2所示)。如果罩边壁厚尺寸小于7.5 mm，会影响发动机产品罩边处密封;壁厚尺寸大于9.5 mm，则精加工时罩边内壁会与加工设备干涉。因此罩边壁厚尺寸往往会因为超出公差范围而导致铸件报废。
图2 顶面罩边壁厚尺寸
493缸盖的铸造工艺采用水平分型即由上、下铸型合箱而成。铸件上半部分主要由外模的上模形成，下半部分由托盘芯形成，内腔由水套砂芯、进气道砂芯、排气道砂芯形成，罩边则由托盘芯与上模共同形成。水套芯、进气道芯、排气道芯三种砂芯组合在托盘芯里，再由下芯夹具将组好的整芯放置在下铸型内。错型值是铸件在上下型分型面处发生的错位值，或者是因为砂芯错位而导致铸件形体尺寸的偏离，包括前后端方向和左右侧方向的错型。造成铸件错型的因素有：型板与型板框、型板框与砂箱、上下砂箱之间、托盘芯与下模，根据它们的配合间隙可以计算出缸盖铸件的极限错型值，尺寸链如图3所示。
图3 493缸盖错型尺寸链
由此可见极限错型值±1.47 mm，公差范围大于9.5-7.5=2 mm。铸件图纸要求罩边壁厚尺寸9.0 mm，荒加工需加工掉1.5 mm，只剩下7.5 mm，难以保证罩边壁厚尺寸7.5 mm≤H≤9.5 mm。(1)调整与优化下芯定位系统，确保托盘芯位置准确。在型板、型板框、砂箱等工装模具的定位销和定位套未磨损的情况下，尺寸链的前三类的错型值相对较小，只有第四类“托板与下模间隙”误差最大也最直观。因此，我们应尽量把该误差控制到最小。首先根据铸件罩边的错型值，确定托盘芯相对上型需调整的方向和数值。再通过在下芯夹具胎具内托盘芯定位块后增减垫片的方式，来调整托盘芯的移动方向和数值(如图4所示)。调整后应满足托盘芯既能自由放置在下芯夹具胎具内，又使托盘芯各方向与定位块接触，砂芯无法移动。最后，再根据胎具内调整到位的托盘芯位置，调整下芯夹具浮动框上砂芯夹爪的气缸行程，并优化其上浮动框夹爪(如图5所示)，减小砂芯与夹爪间的间隙。使夹爪既夹紧砂芯又不夹损砂芯，以及确保浮动框自取芯至下芯的运动过程中托盘芯不会产生位移。采取上述一系列措施后，可以较好的控制托盘芯与上模铸型之间错型值，保证493缸盖错型值在±1 mm之间。
图5 优化砂芯夹爪
493缸盖工艺设计时，在确保铸件加工时罩边处不与加工设备产生干涉的前提下，将外模的罩边内侧进行补贴1 mm，这样铸件罩边尺寸为10 mm。粗加工加工掉1.5 mm，还剩下8.5 mm，有利于保证加工后的尺寸在7.5 mm≤H≤9.5 mm。按照改善后的工艺，已粗加工493缸盖20余万件，未再出现罩边壁厚尺寸超差的问题。493缸盖产品生产中发生过高怠速试验时气门座圈破裂的现象,并且此缺陷全部发生在底面的排气座圈上。拆解故障件发现失效缸盖底面气门座圈口单边缺料，壁厚较薄，单边情况如图6所示。气门座圈底局部无材料支撑，造成该处座圈悬空受力不均从而开裂。经查阅缸盖铸件图(如图7所示)可知气门座圈处正常壁厚应为(36.7-31.5)÷2=2.6 mm。经测量不良件单边尺寸超差0.8 mm。
图6 气门座圈口单边缺料
排气芯制芯由动静模组成，其合模、倒砂、震动等制芯动作以及定位系统的磨损不可避免的造成动静模间错动，该处错型在0.5 mm左右(如图8所示)，而制芯错型值≤0.8mm是允许的。错型部位使坭芯前出，与故障件欠料部位一致。
图8 错型的排气道芯
缸盖底面第1、7孔至右侧面尺寸是84.5 mm，粗加工按84.5 mm±0.5 mm控制。并且为了确保右侧罩边壁厚≥7.5 mm，84.5 mm±0.5 mm尺寸按上限即84.5～85.0 mm控制。由此也会带来缸盖底面座圈单边缺料，单边缺料厚度尺寸在0.3～0.5 mm之间，亦与单边方向一致。
上述两种因素影响累积，会使缸盖单边缺料尺寸达到：0.37+0.5+(0.3～0.5)=1.17～1.37 mm。
此外，排气芯与托盘芯的组芯间隙为0.25 mm(如图9所示)，这种间隙也会导致单边缺料。但这种单边的方向是随机的，极限单边缺料0.25 mm。
综上所述，底面排气座圈单边单边缺料应是排气芯制芯动静模间存在错型、缸盖粗加工尺寸公差波动累积造成的。这两种因素累积单边缺料尺寸在1.17～1.37 mm;组芯带来的随机单边极限尺寸为0.25 mm。因此，排气座圈单边缺料的极限尺寸可达(1.17～1.37)+0.25=1.42～1.62 mm。所以，加工后的铸件排气气门座圈的剩余肉质极限尺寸仅为2.6-(1.42～1.62)=0.98～1.18 mm，与故障件一致。
对缸盖排气道芯盒模具里的座圈相应缺损位置进行工艺贴补1.0 mm(如图10、11所示)，达到减小砂芯、增大铸件的目的。
图10 排气芯盒贴补处
排气芯修正后，检测加工后的排气门座圈口零件20件，其中最小尺寸2.3 mm，可以满足要求。改善措施实施后，未再出现类似不良。顾客曾反馈部分493缸盖底面138尺寸的水孔加工偏移，此缺陷全部出现在靠近铸件后端面的第三水孔(如图12所示)。经对内部同批次铸件划线，发现第三水孔处确有相同情况发生。图12 第三水孔加工后偏移
图13 托盘芯水孔位置
缸盖底面的3个水孔是由托盘芯和水套芯铸造形成，组芯时水套芯上的三个圆柱形凸起与托盘芯内的三个圆形凹坑互相配合接触(如图13、14所示)。铸件图表明底面三个水孔保持在同一条直线上，模具三维及砂芯实物检测此三个水孔也都在同一条直线上。再对故障件进行解剖，发现第三缸排气道与第四缸进气道之间有脉纹(见图15)，说明该处水套芯开裂向后端和右侧面方向进行了偏移。与故障件水孔偏移方向吻合。分析认为水套芯开裂的原因可能是普通覆膜砂制备的水套砂芯高温强度不够，也可能浇注温度过高，或者两个原因都有。因此，在选用耐高温覆膜砂和降低浇注温度的两种方式上进行对比试验。方案一使用宝珠砂(耐高温覆膜砂)制备水套芯，在1450～1465 ℃较高温度条件下浇注铸件166件，划线检测结果显示底面水孔138尺寸在公差±0.90范围内。试验说明使用耐高温覆膜砂制备的砂芯在较高温度下不会砂芯开裂的现象，可以满足高温浇注的条件，试验合格。方案二继续使用普通覆膜砂制备水套芯，在1430～1450 ℃温度下浇注铸件80件，划线检测结果显示底面水孔138尺寸也在公差±0.90范围内。说明降低浇注温度也可以避免水套砂芯开裂和138水孔偏移，试验合格。两种试验结果表明选用耐高温覆膜砂制芯和降低浇注温度的方式都可满足138水孔尺寸在公差±0.90范围内。但是，从经济性角度考虑我们应选择方案二，同时这也说明之前缸盖138尺寸水孔的偏移是浇注温度偏高所致。降低缸盖的浇注温度后，未再出现138尺寸超差和加工偏移的现象。(1)罩边壁厚尺寸超差，通过调整优化托盘芯定位和贴补外模罩边内侧的方法来改善;(2)气门座圈局部缺料单边，可通过排气道芯盒局部进行工艺贴补得到解决;(3)底面138尺寸水孔偏移问题，通过降低浇注温度，将浇注温度严格控制在1400～1450 ℃条件下浇注，可有效满足该尺寸的公差要求。以上改善措施都能有效解决493缸盖出现的尺寸问题，对其他同类型铸件的生产具有一定的参考意义。文章编辑：柳建国
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