摩托车曲轴箱体压铸件的质量改进

摩托车曲轴箱体压铸件的质量改进

唐和雍

摘  要  本文主要针对摩托车左曲轴箱体压铸件存在的质量问题,铸件产生漏气的缺陷进行分析,查找可能产生缺陷的原因,制定了相应对策,最终找到解决措施,使产品实物质量得到较大改进。

关键词  曲轴箱体  铸造缺陷   质量改进

1  前言

铸造是特殊工艺过程,压铸件总是存在缺陷,缺陷主要表现为外观缺陷和内在缺陷。外观缺陷由铸造交验时反映出来,内在缺陷由机加工后反映出来。

漏气是铸件的内在缺陷,必须机加后才能发现。左曲轴箱改进前责任良品率为82.57%,浸渗率100%。因为产品漏气,所以采取浸渗工艺进行挽救,但这样延长了工序,成本过高,资源浪费严重。

2  曲轴箱体的缺陷表现

铸件缺陷的主要表现是尺寸不合格,多肉,缺肉,流痕,花纹,机械拉伤,碰划伤,气孔,缩孔,夹砂,气泡,裂纹等

2.1  铸件主要缺陷部位:

图一  产品结构图

A1--摞脚孔1漏气部位; A2--销孔漏气部位;A3--电机孔漏气部位;

C1—端面碰划伤

B1—放油镙孔;B2--销孔;B3--电机孔;D1--摞脚孔2

对铸件进行分析归类后发现铸件漏气的部位集中在摞脚孔,销孔,电机孔三个部位。

2.2主因图分析

利用鱼刺图分析造成废品的因子

图二  因果图

在运用因果图分析造成废品的主要因子是模具,压铸工艺,工人技能,检验标准,班次的影响。

2. 铸件废品分类

表一:缺陷分类表:

缺陷分类

A1摞脚孔1漏气

A2销孔漏气

A3电机孔缺肉

C1端面碰划伤

其它

数量(件)

650

120

24

20

15

运用排列图寻找影响产品质量的主要缺陷

图三  缺陷排列图

从排列图可以看出目前左曲轴箱体的主要缺陷是摞脚孔1漏气,占缺陷比例的78.4%,其次是销孔漏气,前两项占总缺陷的92.9%,而其它缺陷比例较小。如果我们解决了前两项就会达到质量改进目的,那么从这里我们就可以制定我们需要首要解决的问题是铸件气孔缩孔造成的漏气。

3  对策措施

为了找到对策实施的技术支撑,对铸件缺陷制定统一标准,以利于分析对照,快速准确找到较恰当对策。

表二:铸件缺陷对策措施表

缺陷种类

产生原因

措施对策

缺陷编号

尺寸不合格

铸件设计不合理

修改设计

QX1

模具制造不良

模具试制评价细化

QX2

生产中模具老化变形

加强维修保养,增加抽查频次,建立问题关注点

QX3

压铸机刚性差,锁模力不足

维修或更换设备

QX4

修模尺寸错误

建立模具修模确认流程

QX5

出模受力不平衡,铸件变形

改进出模斜度和分析结构特性

QX6

多肉

模具老化磨损,裂开,断裂

模具维修,增加抽查频次

QX7

缺肉

工艺不合理,充填不饱满

工艺优化,模具改善

QX8

模温太高,粘模掉肉

模具热平衡设计改良

QX9

模具裂纹夹肉

焊补或拓宽裂纹

QX10

铸件清理方法不当

改进模具或改进清理工艺

QX11

流痕花纹

模具温度过低;工艺参数不良;涂料使用不当

优化工艺,模具浇铸系统改进,选用涂料及好的使用方法

QX12

缩凹

凝固收缩或气体引起

改进铸件结构;浇铸系统改进;优化工艺;模具热平衡设计改良

QX13

机械拉伤

出模受力不平衡,斜度过小

负斜度修模,涂料调整

QX14

型芯型壁弯曲或压伤

修模换型芯

QX15

铸件,模具设计不合理

调整顶出,更改设计

QX16

粘模拉伤

模具,金属温度过高

热平衡设计,调整金属温度

QX17

工艺参数不良

工艺参数优化

QX18

涂料使用不当

正确选用涂料品种及用量

QX19

模具硬度低,表面粗糙

正确选用材料,热处理,硬度,光洁度

QX20

铝合金含铁<0.6%

调整合金成分在要求范围内

QX21

碰划伤

操作不当,运转装卸粗鲁

文明生产

QX22

气孔

金属液导入方向不合理

修改内浇口位置,改变金属液导入方向

QX23

内浇口速度过快,产生喷射

尽量增大内浇口面积,减小充填速度,或降低压射速度

QX24

正面冲击型壁产生涡流卷气

修改内浇口位置避免冲击型壁

QX25

排气道堵塞

合理设置排气道,使其有足够大的排气能力

QX26

金属液含气量过大

炉料干净,出气充分,降低熔炼温度

QX27

涂料发气量过大,用量过多

正确选用涂料品种及用量

QX28

铸件壁厚变化显著

调整铸件壁厚,结构合理

QX29

气泡

卷入气体

改变内浇口,溢流槽,排气道;改变充填时间和内浇道速度;提高压射压力;在气孔发生处设置型芯;修改铸件形状;正确选用涂料品种及用量

QX30

金属液含气量过大

炉料干净,出气充分,降低熔炼温度

QX31

缩孔,缩松

铸件冷凝过程中内部收缩形成的孔洞或由于金属液混有氧化物引起

调整铸件壁厚,结构合理;降低浇注温度;提高压射比压;改变浇注系统,有利于压力传递;防止压室内紊流及氧化

QX32

裂纹

内应力引起;外部受力;型芯的阻挡

调整铝材;收力均匀;压铸机压铸模精度足够

QX33

硬质点

合金液质量

调整铝液质量

Q

模具产品改进实施对策及效果

根据以上各种分析手段得到的数据,逐步实施改进,并对试制各批次铸件进行后工序加工验证得到每次改进的效果。

图四   浇铸系统结构图

(1)改进方案一:结构类比改进—渣包改进

缺陷:摞脚孔1漏气占总缺陷的78.4%.

原因:从产品结构上考虑,该产品在同一方向上有两个摞脚孔,见图一和图四.分为A1摞脚孔1和D1摞脚孔2。对比分析摞脚孔1处是内浇口, 摞脚孔2处是渣包,见图四。摞脚孔2处不漏气。

措施:摞脚孔1处的内浇口按摞脚孔2处补焊改为渣包。该方案改制较简单,速度快。参考铸件缺陷对策措施表之QX30。

效果:经试制200件,漏气达到90%,和改制前无明显差异,改制不成功。

(2)改进方案二:漏气通道改进—铸件结构改进

分析:摞脚孔1漏气是因为与放油镙孔连通,放油镙孔与箱室连通,箱室内压力传递表现在摞脚孔1漏气,而摞脚孔2不存在以上关系,故摞脚孔2不存在漏气。见图五。B1—放油镙孔和A1--摞脚孔1的表面铸态下都有激冷层,其厚度每面在0.2-0.5mm范围内,铸件内部组织的晶粒比较粗大,同时气孔和夹杂物在中心也比较多。当两处同时加工后气孔和缩孔在LT处连通就暴露出来,引起铸件漏气,利用这一原理,在保证机加工余量的情况下,尽量减少毛坯的加工余量,以保证激冷层不完全被加工破坏。

措施:浇铸系统改回到方案一之前,放油镙孔芯子加长预制出通孔,避免靠加工碰穿,销孔芯子加长达5mm。参考铸件缺陷对策措施表之QX29,QX30,QX32

效果:经试制100件,漏气达到42件,其中摞脚孔1处漏气35件,B2--销孔漏气6件,电机孔漏气1件,和改制前相比有明显差异,改进有效果。

图五  放油镙孔摞脚孔图

(3)改进方案三:在方案二的基础上改进销孔和电机孔—铸件结构改进

分析:方案二改进后得到了较好效果,根据废品分类,销孔漏气,电机孔漏气为第二大缺陷,两处和摞脚孔1漏气有相同之处,见图六和图七。

图六  销孔改进图

图七  电机孔改进图

措施:销孔和电机孔制作为通孔,以减小加工余量,参考铸件缺陷对策措施表之QX29,QX30,QX32

效果:经试制50件,漏气达到14件,其中摞脚孔1处漏气12件,B2--销孔漏气1件,电机孔漏气1件,和方案二相比略有提高。

(4)改进方案四:浇铸系统的改进—模具结构改进

A1处分析:在图八中A1摞脚孔1处有内浇口,该处内浇口在封堵浇口改为渣包不成功的情况下证明内浇口的存在有其合理的一面,但应分析其细微结构,让其发挥作用。见图九,k-k剖视的内浇口充填示意图,改进前铝液水平方向从摞脚孔1的底端进入结果是厚大部分的下端卷气,在摞脚孔1形成气孔。

A1处措施:改变充填方向,内浇口向上导入,减小卷气。参考铸件缺陷对策措施表之QX23。

A3B1处分析:铝液高速大发1分快三,直接充击型芯,导致卷气,见图九中C视图。电机孔处内浇口厚达3.5mm,去除浇口时铸件本体有缺肉现象.

措施:焊补冲击型芯处内浇口,移动避免直接冲刷。电机孔处内浇口减薄至2.5mm。参考铸件缺陷对策措施表之QX25。

效果:经试制28件,漏气达到4件,全部为摞脚孔1处漏气,与改进前相比有显著提高。再小批量生产240件,漏气达到40件,其中摞脚孔1处漏气34件,B2--销孔漏气6件,电机孔无漏气。

图八  模具内浇口示意图

图九  模具内浇口剖视图

排气槽许多地方已压塌,造成堵塞,见图四。全部修通,前端厚度0.08mm.保证排气畅通。参考铸件缺陷对策措施表之QX26,QX30。

涂料喷涂后未吹干净就开始压铸,导致型腔内积气。在自动喷涂后人工手工吹压缩空气,保证模具型腔内无水汽。参考铸件缺陷对策措施表之QX28

模具改进产品改进总结:经过对模具结构,浇铸系统的改进,产品质量得以较大提高,由改进前漏气率90%降低到17%,该指标和预期目标仍有较大差距,还需要对工艺进行优化实验。

工艺改进及效果

(1)确定三因子三水平的正交试验设计。

表三:因子水平表

因子水平表

因     子

1

2

3

A:高速速度开度--kaidu2END

60

65

70

B:高速行程--xinc2END

300

310

330

D:压射缸背压--byBACK

60

62

63

(2)采用软件MINITAB进行正交表设计并实验

表四:DOE实验表

kaidu2END

xinc2END

byBACK

标准号

试验号

合格率

60

300

60

1

8

95

60

310

62

2

7

96

60

330

63

3

2

91

65

300

62

4

6

92

65

310

63

5

4

98

65

330

60

6

9

96

70

300

63

7

5

90

70

310

60

8

3

97

70

330

62

9

1

89

在显著性水平=0.05的情况下进行显著性检验B:高速行程--xinc2ENDD:压射缸背压--byBACK 有显著性。

图十  正交实验主因图

质量水平为望大特性,从上图和显著性检验均得出因子组合为A2B2D1。即优化后的压铸工艺参数为高速速度开度65%,高速行程310mm,压射缸背压60bar。

改进后产品质量跟踪

通过改进, 连续五个月平均自责良品率为96.44%,漏气等不良品率为4.66%,见下图。提高了生产能力,下半年产量也有了大幅度提高。

图十一  改进后产品质量趋势图

从上图看,漏气率明显较改进前有显著下降。改进后漏气率稳定在5%左右。

4  结论

经过团队成员的共同努力,对模具结构进行了全面的改进,机加通孔在铸件上预制出来,减小铸件的机加工余量,以保证致密激冷层的存在;浇铸系统和排溢系统是模具设计的重中之重,任何时尚压铸机也难以解决模具自生带来的问题,如果搞不好质量就难以提高,团队成员对模具的浇铸系统进行了改进,取得了较好效果;在工艺参数优化方面运用DOE设计试验,找到了合理的生产工艺条件。

参考文献

1.    社团法人,压力铸造缺陷.对策案例, 日本铸造工学会

2.    马林,六西格玛管理,中国人民大学出版社

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