汽車鋁合金下缸體壓鑄技術(shù)要點(diǎn)分析及缺陷應(yīng)對(duì)
近年來(lái)，節(jié)能減排已經(jīng)成為了時(shí)代風(fēng)潮，汽車輕量化也是大勢(shì)所趨，在這兩大背景之下，鋁合金材料在汽車中的運(yùn)用越發(fā)廣泛，借助壓鑄成型的汽車零部件越來(lái)越多。作為轎車的核心部件，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體大多采用鋁合金和鑄鐵為材料，其中壓鑄鋁合金缸體得到了越來(lái)越多的認(rèn)可，日韓和歐美的汽車公司大多都運(yùn)用壓鑄鋁合金缸體。
在缸體生產(chǎn)領(lǐng)域，普通砂型鑄鐵缸體具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、剛性和耐熱性好的優(yōu)點(diǎn)，但也有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是重量過(guò)大。如將缸體下方的曲軸和上方的缸套一分為二，下面使用鋁合金而上面使用鑄鐵，就可一舉兩得，既減輕了缸體質(zhì)量，又可保持鑄鐵缸體的優(yōu)點(diǎn)。
下缸體，就是指經(jīng)過(guò)這樣一分為二之后發(fā)動(dòng)機(jī)下部的曲軸部分。由于下缸體是厚壁零件，且壁厚差別大，因此壓鑄成型的難度非常大。我們借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)一型1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)了一套下缸體壓鑄技術(shù)，試驗(yàn)非常成功。
1鋁合金下缸體壓鑄難點(diǎn)
該鋁合金下缸體鑄件質(zhì)量為8.4kg，輪廓尺寸為382mm×258mm×67mm，壓鑄質(zhì)量為11.1kg，材質(zhì)為A380，平均壁厚為7.2mm。由于下缸體與曲軸相連接，因此在底部還需要放置鑄鐵嵌件。
下缸體鑄件壓鑄工藝復(fù)雜，其難點(diǎn)主要有如下幾點(diǎn)：
靠前，鑄件需要置入5件鑄鐵鑲嵌件，鑄鐵鑲嵌件要完美地鑲嵌在鋁合金鑄件之上，不能發(fā)生分離的現(xiàn)象。
第二，下缸體鑄件壁厚較薄處薄至2mm，較厚處厚達(dá)24mm，分布嚴(yán)重不均。
第三，由于鑲嵌件兩側(cè)壁厚差別大，給鋁合金液的流動(dòng)充型帶來(lái)了非常大的難度，同時(shí)也考驗(yàn)著其補(bǔ)縮能力。
第四，鋁合金鑄件容易發(fā)生氣孔、縮孔、裂紋、縮松等缺陷，質(zhì)量控制較難。
2鋁合金下缸體壓鑄技術(shù)要點(diǎn)根據(jù)試驗(yàn)分析，我們認(rèn)為下缸體的壓鑄生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)主要有如下幾點(diǎn)：
靠前，科學(xué)設(shè)計(jì)缸體壓鑄件的澆注系統(tǒng)，下缸體中間放置鑲件位置為薄壁，上下部分為厚大部位，因此我們選擇單側(cè)澆注，這樣一來(lái)，鋁液可由底側(cè)進(jìn)料，流經(jīng)中部鑲件后抵達(dá)頂部。
第二，我們運(yùn)用了齒形激冷排氣塊真空壓鑄，齒形激冷排氣塊與真空機(jī)合用可改善因兩側(cè)壁薄引發(fā)的流動(dòng)性不足問(wèn)題，確保了鑄件品質(zhì)良好。
第三，為提高鋁合金液體與鑄鐵鑲嵌件的潤(rùn)濕程度，我們進(jìn)行了鑲嵌件預(yù)熱，這樣不但保證了成型后鑄鐵件與鋁合金不分離，還提高了鋁液的流動(dòng)性。
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，我們獲得的下缸體內(nèi)部組織致密，且外觀成型良好。在下缸體壓鑄過(guò)程之中，科學(xué)合理的工藝參數(shù)是獲得高品質(zhì)下缸體的保障。我們認(rèn)為以下工藝參數(shù)是鑄件成型的關(guān)鍵影響因素：
靠前，壓鑄溫度。在壓鑄過(guò)程中，鋁液溫度應(yīng)控制良好，因?yàn)闇囟冗^(guò)高或過(guò)低都不能取得良好的鑄造效果，過(guò)高易導(dǎo)致縮孔及縮松，過(guò)低則容易引發(fā)充型不良。通常來(lái)說(shuō)，鋁液合理溫度應(yīng)在650——665℃之間，而模具噴涂后的溫度應(yīng)在150——200℃之間。
第二，鑲嵌件溫度。當(dāng)鑲嵌件達(dá)120——140℃時(shí)，鋁液溢流槽側(cè)的一邊，這樣可以改善內(nèi)部品質(zhì)。
第三，壓鑄快、慢壓射速度和壓力。應(yīng)將快壓射和慢壓射速度分別控制在4m/s左右和0.22m/s左右，壓力控制在70MPa左右。
第四，鋁液品質(zhì)。作為鑄件的基礎(chǔ)材料，鋁液的品質(zhì)決定了鑄件的品質(zhì)，因此要確保鋁合金液品質(zhì)，每包鋁液都必須進(jìn)行精煉除氣處理，避免污染。
3鋁合金下缸體壓鑄缺陷及應(yīng)對(duì)
在鑄件成型之后，我們對(duì)鑄件進(jìn)行X射線檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鑄件存在一些內(nèi)部缺陷，諸如縮孔、氣孔、縮松等。為了改善缺陷，提高品質(zhì)，我們提出了相應(yīng)對(duì)策，其主要方向如下：
靠前，改進(jìn)溢流槽結(jié)構(gòu)。溢流槽具有排除型腔中的氣體、儲(chǔ)存混有氣體、轉(zhuǎn)移縮孔/縮松部位等作用。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)研究，我們發(fā)現(xiàn)可以采用延長(zhǎng)和增設(shè)溢流槽等手段改善縮孔、氣孔等缺陷。由于鑄件中部縮松現(xiàn)象較多，溢流口如設(shè)置于大平面上，填充壓力將受到影響，所以通常選擇豎形溢流口。
第二，優(yōu)化模具冷卻系統(tǒng)。鑄件縮孔一般會(huì)在局部溫度過(guò)高或壁厚過(guò)大的位置上出現(xiàn)。通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)壁厚較大的地方溫度偏高，易引發(fā)縮孔。由于較初選用的較小點(diǎn)冷管直徑為12mm，無(wú)法有效冷卻上述位置，因此，我們對(duì)冷卻水管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，運(yùn)用了高壓冷卻設(shè)備和內(nèi)徑4mm的不銹鋼點(diǎn)冷管。我們將鑄件兩側(cè)中部的模具型芯冷卻至180℃左右，大幅減少了縮孔現(xiàn)象，大大提高了鑄件的品質(zhì)。
第三，改善鑲嵌件分離現(xiàn)象。針對(duì)鑲嵌件與鋁合金鑄件間存在的分離現(xiàn)象，我們采取了以下手段：首先，使用稀釋劑對(duì)鑲嵌件進(jìn)行清洗，提高潤(rùn)濕性；其次，對(duì)鑲嵌件實(shí)行定位孔檢查和外觀檢查，用鋼絲對(duì)部分銹斑鑲嵌件除斑；其三，對(duì)鑲嵌件進(jìn)行預(yù)熱試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度達(dá)到120℃以上時(shí)，可有效解決鑲嵌件分離問(wèn)題。
