鋁合金缸體壓鑄工藝探討

　　摘 要：鋁合金材料具有良好的伸拉、鑄造、耐酸堿以及質(zhì)量輕等特點(diǎn)，在生產(chǎn)制造上得到了廣泛應(yīng)用。發(fā)動機(jī)缸體作為汽車的核心部件，為保證其運(yùn)行的可靠性，一般多會選擇應(yīng)用鋁合金材料制造，且需要做好壓鑄工藝控制，爭取進(jìn)一步來提高鋁合金缸體的力學(xué)性能。本文主要結(jié)合鋁合金缸體特點(diǎn)對其壓鑄工藝技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了簡單分析，并提出了相應(yīng)應(yīng)對策略。

　　關(guān)鍵詞：鋁合金;發(fā)動機(jī)缸體;壓鑄工藝

　　為貼合綠色環(huán)保生產(chǎn)理念，汽車各部件的加工制造工藝需要做進(jìn)一步的調(diào)整優(yōu)化，確保達(dá)到高性能、低污染、低能耗的效果�；�于鋁合金材料耐腐蝕性強(qiáng)以及質(zhì)量輕等特點(diǎn)，來進(jìn)行發(fā)動機(jī)缸體的加工制造，保證缸體具有良好性能，可以更好的適應(yīng)惡劣的運(yùn)行環(huán)境。

　　1 汽車發(fā)動機(jī)缸體壓鑄工藝分析

　　在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，人們的環(huán)保意識逐漸提高，對于汽車來講更加重視輕量化設(shè)計(jì)，尤其是發(fā)動機(jī)缸體作為汽車的核心部件，為確保其維持高效穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，就需要對其鑄造工藝進(jìn)行分析，確定工藝要點(diǎn)，且采取有效措施進(jìn)行控制，提高發(fā)動機(jī)缸體的綜合性能，使其能夠良好的適應(yīng)惡劣的作業(yè)環(huán)境。發(fā)動機(jī)性能如何直接決定了汽車的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性以及動力性，一直都是設(shè)計(jì)制造研究要點(diǎn)。缸體是發(fā)動機(jī)制造生產(chǎn)的要點(diǎn)，同時也是工藝難度較高的部分，為滿足汽車運(yùn)行需求，必須要保證缸體具有較高的強(qiáng)度、剛性以及承受熱沖擊的性能，同時還要有良好的耐磨性以及較低的熱膨脹性，對制造工藝有著十分嚴(yán)格的要求[1]。現(xiàn)在汽車發(fā)動機(jī)缸體壓鑄成型工藝在不斷更新升級，對進(jìn)一步提高缸體制造質(zhì)量具有巨大的推動作用，同時也全面滿足汽車行業(yè)發(fā)展需求。

　　2 鋁合金缸體壓鑄工藝特點(diǎn)

　　缸體壓鑄工藝即在高速高壓條件下，將液態(tài)或者半液態(tài)的金屬材料填入到壓鑄模型腔內(nèi)，然后施加一定壓力促使金屬液快速凝固鑄件。目前所選用的壓鑄方法主要包括熱室壓鑄與冷室壓鑄兩種，前者需要將壓射系統(tǒng)安裝到坩堝內(nèi)，充型時壓射沖頭就能夠?qū)③釄鍍?nèi)的金屬液推入到壓室中，最后利用壓射系統(tǒng)的鵝頸管進(jìn)入到型腔內(nèi)。后者需要將熔化金屬的坩堝與冷室壓鑄機(jī)分開，采取手工或自動的方式將金屬液置于壓鑄機(jī)壓室中，并施加高壓由壓射沖頭促使金屬液進(jìn)入到模具型腔內(nèi)進(jìn)行壓實(shí)。兩種壓鑄工藝相比，熱室壓鑄效率更高，但是鋁合金壓鑄是選擇應(yīng)用冷室壓鑄的方法加工。整個壓鑄過程中壓射所花費(fèi)的時間非常短，并且金屬液填充時會增壓處理，使得金屬壓鑄件具有更高密度，發(fā)動機(jī)缸體的強(qiáng)度與硬度達(dá)到專業(yè)水平。并且，受高速高壓影響，金屬液填充時能力進(jìn)一步增大，因此能夠有效填充各細(xì)節(jié)，鑄件精度以及表面質(zhì)量比較高，同時在生產(chǎn)效率上也具有較大優(yōu)勢。在低碳節(jié)能生產(chǎn)理念提出以后，鋁合金鑄件受到了廣泛關(guān)注，而鋁合金缸體制造工藝也日益成熟，鑄件逐漸向尺寸精密、鑄造形狀復(fù)雜等方面發(fā)展[2]。但是在總體上來講，鋁合金缸體鑄造工藝還存在一定缺陷，仍需要對其進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，進(jìn)一步提高鑄件質(zhì)量，維持較高生產(chǎn)效率。

　　3 鋁合金缸體壓鑄工藝優(yōu)化

　　3.1 鋁合金缸體狀態(tài)

　　以某汽車發(fā)動機(jī)壓鑄鋁合金缸體為例，所選制造材料為ADC12，鑄件壁厚最小尺寸為3mm，凈重共13.2kg，輪廓尺寸為367mm×190mm×263mm，硬度為90～110HB。鋁合金缸體共包括水套、缸筒、高壓油道、主軸承座、曲軸箱等多個部分，其中油路要求在0.3MPa條件下打壓見26s后泄漏量不超過2mL/min。該鋁合金缸體壓鑄工藝流程為：熔煉鋁合金、壓鑄、清理、粗加工處理、浸潤處理、一次打壓試漏、精加工處理、二次打壓試漏、質(zhì)量檢驗(yàn)[3]。通過打壓試漏操作發(fā)現(xiàn)該鋁合金缸體存在不同程度的油路滲漏問題，使得缸體廢品率增加。為解決此類問題，就需要對鋁合金缸體壓鑄工藝進(jìn)行分析，并對存在的隱患進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

　　3.2 油路滲透原因分析

　　對滲漏報廢的發(fā)動機(jī)缸體解剖，觀察后確定缸體油路孔以及螺紋孔之間存在壓鑄缺陷縮孔，表現(xiàn)為鑄件內(nèi)部的不規(guī)則的孔洞，且其內(nèi)壁不光滑;另外還存在氣孔，表現(xiàn)為鑄件內(nèi)部的規(guī)則圓形且內(nèi)壁光滑的小空洞。綜合所存缺陷表現(xiàn)形式和漏油部位分析，初步判斷缺陷部位處于進(jìn)料末端且壁厚過大，補(bǔ)縮不足，使得壁厚中心鋁液凝固時形成氣縮孔。

　　3.3 壓鑄工藝調(diào)整優(yōu)化

　　缸體壁厚處氣孔缺陷產(chǎn)生的主要原因是收縮氣孔以及析出氣孔的混合體，想要提前預(yù)防具有較大難度。第一，對鋁合金缸體壓鑄工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，首先是對模具增加了預(yù)鑄銷，促使鋁液最后凝固位置改變，同時降低該部位鋁液冷卻速度，以免因?yàn)闈B漏位置壁厚過形成氣縮孔缺陷。第二，壓鑄過程中增加沖真空作業(yè)，避免出現(xiàn)氣孔缺陷。即對模具增設(shè)真空閥系統(tǒng)，通過真空泵作業(yè)，保證模具型腔內(nèi)部保持真空狀態(tài)，避免壓射時卷氣與型腔內(nèi)部殘留涂料蒸發(fā)后氣體混入產(chǎn)生氣孔。其中，需要控制好真空閥的設(shè)計(jì)位置，盡量遠(yuǎn)離澆口方向，與排氣通道末端要保持一定間距，對原來的排氣板設(shè)計(jì)方式進(jìn)行調(diào)整。第三，控制鋁液澆注溫度，優(yōu)化工藝參數(shù)。受產(chǎn)品壁厚影響，處于一定溫度范圍內(nèi)的情況下，澆注溫度越低，會產(chǎn)生縮孔缺陷的可能性越小，因此在進(jìn)行鋁合金缸體壓鑄時，以不影響發(fā)動機(jī)缸體質(zhì)量為前提，將鋁液保溫溫度由原來的670±5℃降低到665±5℃，可進(jìn)一步減少氣孔缺陷的產(chǎn)生。

　　3.4 壓鑄工藝優(yōu)化成果

　　按照上述方法對鋁合金缸體壓鑄工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化后，缸體氣孔缺陷問題得到了顯著改善，降低了發(fā)動機(jī)缸體油路滲透問題的發(fā)生概率。該部位滲漏數(shù)量由原來投產(chǎn)總數(shù)的3%降低到現(xiàn)在的1%，壓鑄工藝問題得到了有效改善，進(jìn)一步提高了汽車發(fā)動機(jī)缸體制造質(zhì)量。

　　4 結(jié)束語

　　基于鋁合金材料質(zhì)量輕、性能高以及易加工等特點(diǎn)，其在汽車發(fā)動機(jī)的制造上得到了廣泛應(yīng)用。為進(jìn)一步提高鋁合金發(fā)動機(jī)質(zhì)量，就需要對其壓鑄工藝進(jìn)行分析，在不影響發(fā)動機(jī)缸體質(zhì)量的前提下，對現(xiàn)存的工藝缺陷進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，保證最終得到的發(fā)動機(jī)缸體無任何質(zhì)量問題。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]晉太洋.發(fā)動機(jī)鋁合金缸體壓鑄工藝及力學(xué)性能研究[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2018，36(04)：550-553+557.

　　[2]楊兵，張大為，周峰.汽車發(fā)動機(jī)鋁合金缸體壓鑄工藝改進(jìn)及品質(zhì)提升[J].鑄造技術(shù)，2017，38(01)：237-239.

　　[3]石海.鋁合金缸體壓鑄工藝及品質(zhì)改進(jìn)[J].特種鑄造及有色合金，2014，34(12)：1276-1280.

　　推薦閱讀：《特鋼技術(shù)》(季刊)創(chuàng)刊于1993年，由攀鋼集團(tuán)四川長城特殊鋼有限責(zé)任公司主辦。

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