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汽车铝合金下缸体压铸技术要点分析及缺陷应对

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发表于 2017-10-12 15:11:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
    近年来,节能减排已经成为了时代风潮,汽车轻量化也是 大势所趋,在这两大背景之下,铝合金材料在汽车中的运用越 发广泛,借助压铸成型的汽车零部件越来越多。作为轿车的 核心部件,发动机缸体大多采用铝合金和铸铁为材料,其中压 铸铝合金缸体得到了越来越多的认可,日韩和欧美的汽车公 司大多都运用压铸铝合金缸体。
    在缸体生产领域,普通砂型铸铁缸体具有工艺简单、 成本 低、 刚性和耐热性好的优点,但也有一个缺点,那就是重量过 大。如将缸体下方的曲轴和上方的缸套一分为二,下面使用铝 合金而上面使用铸铁,就可一举两得,既减轻了缸体质量,又 可保持铸铁缸体的优点。
    下缸体,就是指经过这样一分为二之后发动机下部的曲 轴部分。由于下缸体是厚壁零件,且壁厚差别大,因此压铸成 型的难度非常大。我们借鉴国内外相关经验,针对一型1.5T 发动机设计开发了一套下缸体压铸技术,试验非常成功。


1 铝合金下缸体压铸难点
    该铝合金下缸体铸件质量为8.4 kg,轮廓尺寸为382 mm× 258 mm×67 mm,压铸质量为11.1 kg,材质为A380,平均壁厚 为7.2 mm。由于下缸体与曲轴相连接,因此在底部还需要放置 铸铁嵌件。
    下缸体铸件压铸工艺复杂,其难点主要有如下几点:
    第一,铸件需要置入5件铸铁镶嵌件,铸铁镶嵌件要完美 地镶嵌在铝合金铸件之上,不能发生分离的现象。
    第二,下缸体铸件壁厚最薄处薄至 2 mm,最厚处厚达 24 mm,分布严重不均。
    第三,由于镶嵌件两侧壁厚差别大,给铝合金液的流动充 型带来了非常大的难度,同时也考验着其补缩能力。
    第四,铝合金铸件容易发生气孔、 缩孔、 裂纹、 缩松等缺 陷,质量控制较难。


2 铝合金下缸体压铸技术要点
    根据试验分析,我们认为下缸体的压铸生产技术要点主 要有如下几点:
    第一,科学设计缸体压铸件的浇注系统,下缸体中间放置 镶件位置为薄壁,上下部分为厚大部位,因此我们选择单侧浇 注,这样一来,铝液可由底侧进料,流经中部镶件后抵达顶部。
    第二,我们运用了齿形激冷排气块真空压铸,齿形激冷排 气块与真空机合用可改善因两侧壁薄引发的流动性不足问 题,确保了铸件品质良好。
    第三,为提高铝合金液体与铸铁镶嵌件的润湿程度,我们 进行了镶嵌件预热,这样不但保证了成型后铸铁件与铝合金 不分离,还提高了铝液的流动性。


    经过试验,我们获得的下缸体内部组织致密,且外观成型 良好。在下缸体压铸过程之中,科学合理的工艺参数是获得高 品质下缸体的保障。我们认为以下工艺参数是铸件成型的关 键影响因素:
    第一,压铸温度。在压铸过程中,铝液温度应控制良好,因 为温度过高或过低都不能取得良好的铸造效果,过高易导致 缩孔及缩松,过低则容易引发充型不良。通常来说,铝液合理 温度应在650~665 ℃之间,而模具喷涂后的温度应在150~ 200 ℃之间。
    第二,镶嵌件温度。当镶嵌件达120~140 ℃时,铝液溢流 槽侧的一边,这样可以改善内部品质。
    第三,压铸快、 慢压射速度和压力。应将快压射和慢压射 速 度 分 别 控 制 在 4 m/s左 右 和 0.22 m/s左 右 ,压 力 控 制 在 70 MPa左右。
    第四,铝液品质。作为铸件的基础材料,铝液的品质决定 了铸件的品质,因此要确保铝合金液品质,每包铝液都必须进 行精炼除气处理,避免污染。


3 铝合金下缸体压铸缺陷及应对
    在铸件成型之后,我们对铸件进行X射线检测,发现铸件 存在一些内部缺陷,诸如缩孔、 气孔、 缩松等。为了改善缺陷, 提高品质,我们提出了相应对策,其主要方向如下:
    第一,改进溢流槽结构。溢流槽具有排除型腔中的气体、 储存混有气体、 转移缩孔/缩松部位等作用。经过反复试验研 究,我们发现可以采用延长和增设溢流槽等手段改善缩孔、 气 孔等缺陷。由于铸件中部缩松现象较多,溢流口如设置于大平 面上,填充压力将受到影响,所以通常选择竖形溢流口。
    第二,优化模具冷却系统。铸件缩孔一般会在局部温度过 高或壁厚过大的位置上出现。通过研究我们发现,两侧壁厚较 大的地方温度偏高,易引发缩孔。由于最初选用的最小点冷管 直径为12 mm,无法有效冷却上述位置,因此,我们对冷却水管 结构进行了改进,运用了高压冷却设备和内径4 mm的不锈钢 点冷管。我们将铸件两侧中部的模具型芯冷却至180 ℃左右, 大幅减少了缩孔现象,大大提高了铸件的品质。
    第三,改善镶嵌件分离现象。针对镶嵌件与铝合金铸件间 存在的分离现象,我们采取了以下手段:首先,使用稀释剂对 镶嵌件进行清洗,提高润湿性;其次,对镶嵌件实行定位孔检 查和外观检查,用钢丝对部分锈斑镶嵌件除斑;其三,对镶嵌 件进行预热试验,研究发现,当温度达到120 ℃以上时,可有效 解决镶嵌件分离问题。


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