我公司近期生产的铸造缸体在送到主机厂加工时料废率突发升高，严重地影响到了自身的成本控制及用户的利益，因此降低居高不下的缸体料废率成了近期主要的攻关工作。通过对主机厂加工的缸体料废数据进行分析，发现加工下线缸体主要存在缸体气孔、砂眼等缺陷形式（图1）。

气孔、砂眼通常是缸体铸件中最常见的缺陷，占料废率的比例较高，如何防止气孔、砂眼是铸造厂永久的课题。
通过对铸造工艺流程进行研究，我们发现气孔、砂眼多出现于上型箱面的水套区域部分对应的外表面，如排气针底部、凸起的筋部、加工后缸体顶面以及缸孔内壁均会有较大比例出现气孔、砂眼等铸造缺陷。严重时，由于砂芯的发气量发生变化或者气温、湿度的影响使得顶部产生呛火现象，更会导致大面积的孔洞及砂眼缺陷的出现。

问题原因调查
1.分析
统计工厂最近一年的数据统计（图2），从6月到11月缸体料废率有明显上升趋势，比例达8.8%，而缸体气孔、砂眼比例占5%左右，中间试漏不合格也达2%，排名料废率第二。因此，我公司着手开始针对铸造缸体缺陷情况进行调查分析，以解决目前产生高料废率的缸体气孔、砂眼问题。

经过对故障件的解剖，利用电子显微镜进行成分分析，发现成分中存在Al、Si和有宝珠砂颗粒、普通硅砂粒，可能是水道芯砂（含有宝珠砂）带来的。
试漏不合格件经沉水分析、查找漏点，发现泄漏主要分布在第1缸、第4缸，处于热节位置，如图3所示。

通过以上初步分析，发现顶面砂/渣眼是料废的首要原因，在电子显微镜成分分析中发现，缺陷位置有宝珠砂颗粒。结合料废率排名第二位的试漏不合格分析，发现在泄漏点附近水道背部存在轻微烧结现象，因此推断水道芯砂耐火度可能不足，导致浇注过程中水道芯砂被冲掉，形成顶面砂/渣孔或残留在水道壁产生的气孔、砂眼导致泄漏。同时，作业环境空气湿度较大，缸筒芯存在表面涂料不易干燥的风险，可能与缸孔气孔有关。
同时针对近期缸体瑕疵件进行分析统计，发现这些缺陷缸体与铸造批次无关，且充型时间、浇注温度、铁液滞留和停线情况均正常；与跑水的相关性不明显，碳当量处于正常范围，砂芯发气量也正常，因此需要对瑕疵件进行进一步的分析。
对部分缸孔进行解剖，发现气孔内部有铁豆，初步判断为局部紊流造成的，因此通过模拟充型过程分析产生原因。通过模拟充型发现：①气孔内部铁豆判断为局部紊流造成；②通过模拟料液追踪发现，各缸铁液主要来自对应的内浇口；③通过模拟充型顺序发现，横浇道存在紊流，易造成铁豆，进入离紊流处更近的第2缸、第3缸进水口概率相对较大，随液流残留在温度相对更低的第2缸、第3缸的概率较大。
2.改进措施
（1）针对涂料脱落，降低涂料浓度2°～3°，使其在坭芯上浸渗深度更深，不容易脱落。
（2）针对水道芯砂耐火度不良，浇注时容易被冲刷脱落，形成砂/渣孔，提高水道芯砂耐火度（增加宝珠砂含量），甄别失效模式。
（3）针对缸筒芯表面粘砂，工位拆分，由原来的修芯、吹芯与喷涂、刷涂在一个工位改为修芯、吹芯一个工位，喷涂、刷涂在另一个工位，避免涂料被散砂污染，造成坭芯粘砂难以吹净。 
（4）针对充型过程中出现的紊流现象，改进横浇道，减少局部紊流。
（5）针对原浇注系统的排砂、排渣能力，无法很好地排除目前产生的浮砂、氧化渣的情况，在缺陷集中的位置增加顶面溢流口，微调一级直浇道（加大50 mm2）和一级横浇道（加大30 mm2），使阻流浇注单元及时建立充型压力头，保证充型能力，同时微调内浇口（内浇口减小30 mm2），提高内浇口浮渣、挡渣能力。
采取以上措施后对产品进行跟踪统计数据（图4），发现从次年1月至8月，缸体料废率总体呈下降趋势，说明采取的措施有效。

气孔案例分析
1.分析
缸体顶面螺栓孔（图5）内容易出现气孔，且通过统计分析气孔产生的位置比较集中，针对此问题进行追溯浇注的历史过程状态，分析得出气孔缺陷与跑水无关，与使用芯砂发气量无关，与铁液化学成分
无关。

通过数据对比分析，发现引起铸造缺陷的主要因素有两个：①每包首箱出现气孔缺陷概率较高，主要因为人工浇注的作业方式在第一箱浇注对包过程中不好控制，出水小，充型速度慢，易产生气孔；②浇注过程中，铸件下箱浇注温度场较低，凝固速度较快，气体来不及排出铸件，易产生憋气，形成气孔。
2.改进措施
（1）扩大浇口杯尺寸，横截面积增大10 mm2，降低浇注对包难度，适当提高浇注速度。
（2）通过培训让操作者了解砂眼和夹渣缺陷产生的原因、途径以及控制办法，培养有经验的员工。
（3）增大顶面排气通道，加大出气镶块和出气针（单边增加4 mm），提高顶面温度场。
（4）内浇口横截面积增大30 mm2，提高下箱位置的温度场。
（5）扩大滤网进水横截面积，提高充型压力，调节顶面温度场（图6）。
采取以上措施后,对产品进行数据跟踪统计，缸体气孔缺陷比例由最初的0.36%下降到0.05%，下降趋势明显，采取措施有效。

总结
影响缸体铸造缺陷的因素有很多，具体问题具体分析，通常是由于浇注系统、铁液温度、砂芯、砂芯组合内腔清洁度以及人员等因素引起。就浇注系统设置方面，为了避免或减少气孔、砂眼缺陷，应该注意以下事项：
（1）浇注速度要合理，并以此保证整个浇注系统的铁液温度。当截面过小时，浇注速度缓慢，铁液上升速度缓慢，上型箱面受到铁液高温烘烤时间过长，容易产生型砂爆裂，严重时会产生片状脱落。因此应该使整个浇注系统的铁液处于平稳状态，不能形成紊流或喷射。
（2）尽量使铁液流经整个通道，在砂芯内生成。通常坭芯砂（热法覆膜砂或冷芯砂）相较于外模粘土砂更耐高温铁液冲刷。而直浇道难以避免设置在外模的粘土砂砂型中通过，可在直浇道与横浇道交接处设置过滤器，将铁液在直浇道内可能冲下来的散砂和铁液夹渣进行过滤，以减少砂眼。
（3）浇道是变截面的，在变截面处应尽可能保持圆滑光洁，避免存在铁液冲击尖角砂的情况。就砂芯而言，要注意在修芯时清除掉砂芯表面的飞翅，避免组合砂芯后的干涉引起砂芯飞翅脱落于内腔。