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    鋁合金缸蓋的低壓鑄造技術及其參數控制要點


    基于成本和力學性能方面綜合考慮,擴大鋁合金的應用是目前乘用車輕量化,降低油耗的主要手段,如發動機缸蓋現已全實現鋁合金化制造。盡管鋁合金缸蓋的生產方法有多種,但主流的制造工藝則是金屬型鑄造和低壓鑄造,其中歐洲和中國以金屬型為主,而日本、美國則更多采用低壓鑄造。 

          相對于重力金屬型鑄造,低壓鑄造由于是在壓力下充型和結晶凝固,因而具有成形質量好、工藝出品率高等優點,但對于形狀復雜、性能要求高的缸蓋鑄件,則存在著工藝復雜,控制要求高等技術難關。因此本文著重介紹了鋁合金缸蓋的低壓鑄造技術及其參數控制要點,以期充分發揮低壓鑄造工藝的技術優勢,生產高質量的缸蓋鑄件。
    2 缸蓋的低壓鑄造工藝要點 

    2.1 澆注系統實例 
       缸蓋的低壓鑄造工藝方案一般為一根升液管,多個澆口即多權分流的形式。如4缸缸蓋,具有代表性的兩種澆注系統即在燃燒室側是設置2個或4個澆口。圖2為2個澆口的工藝示意圖,該方案適合于一模一件或一模兩件。

    2.2合金材料及熔化 

    鋁合金缸蓋的材料一般選擇AI-Si-Cu系合金如ZL105和107。如果對延伸率和耐腐蝕性有要求,也可以使用ZL101和ZL104。為獲得高質量的金屬液,標準操作應使用Ar氣旋轉吹氣精煉并加入Sr變質及AJ-Ti-B細化晶粒。 

    2.3 澆注工藝 

    2.3.1模具維護 

    模具的定期清理和保養對于穩定生產高質量的缸蓋鑄件和延長模具的使用壽命是相當重要的。一般應在每生產500-700件后即進行模具維護,其主要內容是將模具拆開,用軟刷清理型腔表面涂料及清除滲入到頂桿間隙、排氣孔中的鋁屑、涂料顆粒等,確保鑄件外形質量、頂出順利和排氣順暢。 

    2.3.2涂料 

    澆注前模具預熱至200℃左右噴涂料。缸蓋的形狀復雜,應特別注意不同部位的涂料厚度不同。一般部位涂料厚度控制在0.1---0.2mm:精度要求高如燃燒室表面應采用顆粒細小的涂料,厚度為O.OSmn。左右;而對于澆口、冒口、內澆道等需要緩慢凝固的位置可適當厚一些,一般為0.5-1 mm左右。 

    2.3.3過濾網 

    放置過濾網的目的是防止升液管中氧化物雜質進入型腔及形成層流充填?刹捎脙r格便宜效果良好的鍍鋅金屬網,網線直徑叨.4---0.6mm, 1214目。 

    2.3.4溫度 

    鋁液溫度對缸蓋內部缺陷、外觀質量有很大的影響。澆注沮度在680-730的范圍內為宜,實際操作中溫度偏差應控制在20℃以內。 

    低壓鑄造的特點是獲得良好的順序凝固,后此報具溫度控制在低壓鑄適中待別重要。理想的模溫分布是從澆口到上模逐漸降低,一改具各部具體表度控制范圍為獲得.上述溫度場及提高缸蓋鑄件性能和縮短生產周期,必須對上模和側模實施強制冷卻。一般分為水冷和氣冷,采用多路設置,每路單獨自動控制(流量和壓力)。水冷卻采用壓送式水泵,以解決模具內部因高溫汽化產生氣阻造成水流不暢的難題,氣冷則是通以壓縮空氣。 

    因缸蓋具有多個澆口,兩個澆口之間的距離近會導致位于澆口間的鑄件部位溫度上升,使澆口和該部位的凝固順序相反。因此須在此部位設置局部強制冷卻,以得到所需的溫度梯度。 

    從模具壽命和安全性考慮,冷卻時應以間接冷卻為主,在局部鑄件厚度較大處可采用直接冷卻方法。對于冷卻強度有時間控制和溫度控制兩種方式,時間控制即控制通水或氣的時間,該方法簡單易行,但精度不高。溫度控制則是在冷卻位置出設置熱電偶,根據熱電偶測得的溫度大小由PC來開啟或關閉冷卻水或氣,控制精度相對較高。 

    近年來,凝固數值模擬技術的發展為缸蓋的低壓鑄造工藝優化提供了很好的參考依據,它可充分把握不同條件下的凝固測試結果,強化鑄造工藝過程控制,確保鑄件質量。 

    2.3.5加壓時間 

    從充型到澆口凝固的時間稱為加壓時間,受溫度的影響很大。在穩定生產條件下,加壓時間雖然因缸蓋的重量不同而有所變化,但一般控制在2-8min。若從提高生產效率的角度考慮,可采取一模2件、2段加壓等方法縮短時間閉。 

    2.3.6起模時間 

    同加壓時間一樣,因溫度的變化而變化。時間短時鑄件易變形;時間過長則鑄件易卡在模具內,取不出來。所以一般控制在加壓時間的1/3左右。為提高鑄件冷卻速度,起模時可先開脫模阻力小的側模,冷卻一定時間后再開上模。 

    2.3.7加壓曲線 

    加壓壓力直接影響到金屬液的流動充填性能和補縮效果,加壓曲線是低壓鑄造工藝控制中的重要一環。加壓壓力可由下式算出: 

    P=γx(1+S/A) x ΔH x 10-2 

    上式中P-壓力(MPa), γ-鋁液比重(2.4-2.5) ,ΔH -鋁液上升高度(m), S--升液管截面積(m2), A一型腔截面積(m2)o 

    冒口的補縮壓力一般在0.005-0.01MPa左右。雖然壓力大補縮效果好,但如果壓力超過0.01 Mpa,會導致涂料剝離、鋁液堵塞模具排氣孔及滲入到砂芯中。澆注過程中及時排出砂芯燃燒產生的氣體是非常必要的,但因缸蓋所用砂芯結構復雜、數最多,在模具中設置大量的排氣孔很困難。此時,將冒口補縮壓力提高到上限附近,可有效防止氣體卷入到鑄件里面。 

    柑塌內的液面高度變化影響到加壓曲線的重復再現性,因此柑禍內的壓力應能自動補償。對于缸蓋鑄件,可通過設置傳感器,以精確控制加壓曲線的零點I81。連續工作加壓曲線示愈圖如圖3所示。

    另外,若升液管下端與柑拐底部間的間隔過短加壓時溶液易產生紊流流動。因此,在不影響溶液使用的情況下,升液管下端與柑鍋底部間的間隔在200mm左右為宜。 

    3 鑄造缺陷與對策 

    表1列出了低壓鑄造常見的缺陷及應采取的暇止措施。針對缸蓋這樣復雜的零件,各種參數的細書波動就可能影響鑄件質。因此必須對工藝方案、奄具設計、澆注工藝等各方面進行細致的分析和調查明確缺陷產生的各種原因,在此基礎上來采取相應白解決措施。
    4 結束語 

    迄今為止鋁合金缸蓋是適合于低壓鑄造的幾個有限的汽車零件之一,因此充分發揮其工藝出品率搞、內部質量好的優點,擴大國內低壓鑄造技術在鋁合金缸蓋的生產應用,以適應我國轎車工藝快速發展。

    【上一個】 稀土在鑄造生產中的應用也是非常重要的 【下一個】 精密鑄造的溫度測量控制揭示出了潛在問題

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