铝合金缸体压铸工艺探讨

作者:未知

  摘 要:铝合金材料具有良好的伸拉、铸造、耐酸碱以及质量轻等特点,在生产制造上得到了广泛应用。发动机缸体作为汽车的核心部件,为保证其运行的可靠性,一般多会选择应用铝合金材料制造,且需要做好压铸工艺控制,争取进一步来提高铝合金缸体的力学性能。本文主要结合铝合金缸体特点对其压铸工艺技术要点进行了简单分析,并提出了相应应对策略。
  关键词:铝合金;发动机缸体;压铸工艺
   为贴合绿色环保生产理念,汽车各部件的加工制造工艺需要做进一步的调整优化,确保达到高性能、低污染、低能耗的效果。基于铝合金材料耐腐蚀性强以及质量轻等特点,来进行发动机缸体的加工制造,保证缸体具有良好性能,可以更好的适应恶劣的运行环境。
  1 汽车发动机缸体压铸工艺分析
   在社会经济快速发展的背景下,人们的环保意识逐渐提高,对于汽车来讲更加重视轻量化设计,尤其是发动机缸体作为汽车的核心部件,为确保其维持高效稳定的运行状态,就需要对其铸造工艺进行分析,确定工艺要点,且采取有效措施进行控制,提高发动机缸体的综合性能,使其能够良好的适应恶劣的作业环境。发动机性能如何直接决定了汽车的环保性、经济性以及动力性,一直都是设计制造研究要点。缸体是发动机制造生产的要点,同时也是工艺难度较高的部分,为满足汽车运行需求,必须要保证缸体具有较高的强度、刚性以及承受热冲击的性能,同时还要有良好的耐磨性以及较低的热膨胀性,对制造工艺有着十分严格的要求[1]。现在汽车发动机缸体压铸成型工艺在不断更新升级,对进一步提高缸体制造质量具有巨大的推动作用,同时也全面满足汽车行业发展需求。
  2 铝合金缸体压铸工艺特点
   缸体压铸工艺即在高速高压条件下,将液态或者半液态的金属材料填入到压铸模型腔内,然后施加一定压力促使金属液快速凝固铸件。目前所选用的压铸方法主要包括热室压铸与冷室压铸两种,前者需要将压射系统安装到坩埚内,充型时压射冲头就能够将坩埚内的金属液推入到压室中,最后利用压射系统的鹅颈管进入到型腔内。后者需要将熔化金属的坩埚与冷室压铸机分开,采取手工或自动的方式将金属液置于压铸机压室中,并施加高压由压射冲头促使金属液进入到模具型腔内进行压实。两种压铸工艺相比,热室压铸效率更高,但是铝合金压铸是选择应用冷室压铸的方法加工。整个压铸过程中压射所花费的时间非常短,并且金属液填充时会增压处理,使得金属压铸件具有更高密度,发动机缸体的强度与硬度达到专业水平。并且,受高速高压影响,金属液填充时能力进一步增大,因此能够有效填充各细节,铸件精度以及表面质量比较高,同时在生产效率上也具有较大优势。在低碳节能生产理念提出以后,铝合金铸件受到了广泛关注,而铝合金缸体制造工艺也日益成熟,铸件逐渐向尺寸精密、铸造形状复杂等方面发展[2]。但是在总体上来讲,铝合金缸体铸造工艺还存在一定缺陷,仍需要对其进行调整优化,进一步提高铸件质量,维持较高生产效率。
  3 铝合金缸体压铸工艺优化
  3.1 铝合金缸体状态
   以某汽车发动机压铸铝合金缸体为例,所选制造材料为ADC12,铸件壁厚最小尺寸为3mm,净重共13.2kg,轮廓尺寸为367mm×190mm×263mm,硬度为90~110HB。铝合金缸体共包括水套、缸筒、高压油道、主轴承座、曲轴箱等多个部分,其中油路要求在0.3MPa条件下打压见26s后泄漏量不超过2mL/min。该铝合金缸体压铸工艺流程为:熔炼铝合金、压铸、清理、粗加工处理、浸润处理、一次打压试漏、精加工处理、二次打压试漏、质量检验[3]。通过打压试漏操作发现该铝合金缸体存在不同程度的油路渗漏问题,使得缸体废品率增加。为解决此类问题,就需要对铝合金缸体压铸工艺进行分析,并对存在的隐患进行调整优化。
  3.2 油路渗透原因分析
   对渗漏报废的发动机缸体解剖,观察后确定缸体油路孔以及螺纹孔之间存在压铸缺陷缩孔,表现为铸件内部的不规则的孔洞,且其内壁不光滑;另外还存在气孔,表现为铸件内部的规则圆形且内壁光滑的小空洞。综合所存缺陷表现形式和漏油部位分析,初步判断缺陷部位处于进料末端且壁厚过大,补缩不足,使得壁厚中心铝液凝固时形成气缩孔。
  3.3 压铸工艺调整优化
   缸体壁厚处气孔缺陷产生的主要原因是收缩气孔以及析出气孔的混合体,想要提前预防具有较大难度。第一,对铝合金缸体压铸工艺进行改进优化,首先是对模具增加了预铸销,促使铝液最后凝固位置改变,同时降低该部位铝液冷却速度,以免因为渗漏位置壁厚过形成气缩孔缺陷。第二,压铸过程中增加冲真空作业,避免出现气孔缺陷。即对模具增设真空阀系统,通过真空泵作业,保证模具型腔内部保持真空状态,避免压射时卷气与型腔内部残留涂料蒸发后气体混入产生气孔。其中,需要控制好真空阀的设计位置,尽量远离浇口方向,与排气通道末端要保持一定间距,对原来的排气板设计方式进行调整。第三,控制铝液浇注温度,优化工艺参数。受产品壁厚影响,处于一定温度范围内的情况下,浇注温度越低,會产生缩孔缺陷的可能性越小,因此在进行铝合金缸体压铸时,以不影响发动机缸体质量为前提,将铝液保温温度由原来的670±5℃降低到665±5℃,可进一步减少气孔缺陷的产生。
  3.4 压铸工艺优化成果
   按照上述方法对铝合金缸体压铸工艺进行改进优化后,缸体气孔缺陷问题得到了显著改善,降低了发动机缸体油路渗透问题的发生概率。该部位渗漏数量由原来投产总数的3%降低到现在的1%,压铸工艺问题得到了有效改善,进一步提高了汽车发动机缸体制造质量。
  4 结束语
   基于铝合金材料质量轻、性能高以及易加工等特点,其在汽车发动机的制造上得到了广泛应用。为进一步提高铝合金发动机质量,就需要对其压铸工艺进行分析,在不影响发动机缸体质量的前提下,对现存的工艺缺陷进行改进与优化,保证最终得到的发动机缸体无任何质量问题。
  参考文献:
  [1]晋太洋.发动机铝合金缸体压铸工艺及力学性能研究[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2018,36(04):550-553+557.
  [2]杨兵,张大为,周峰.汽车发动机铝合金缸体压铸工艺改进及品质提升[J].铸造技术,2017,38(01):237-239.
  [3]石海.铝合金缸体压铸工艺及品质改进[J].特种铸造及有色合金,2014,34(12):1276-1280.
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