乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金缸蓋的低壓鑄造技術(shù)
基于成本和力學(xué)性能方面綜合考慮，擴(kuò)大鋁合金的應(yīng)用是目前乘用車輕量化，降低油耗的主要手段，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋現(xiàn)已全實(shí)現(xiàn)鋁合金化制造。盡管鋁合金缸蓋的生產(chǎn)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(duì)于重力金屬型鑄造，低壓鑄造由于是在壓力下充型和結(jié)晶凝固，因而具有成形質(zhì)量好、工藝出品率高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于形狀復(fù)雜、性能要求高的缸蓋鑄件，則存在著工藝復(fù)雜，控制要求高等技術(shù)難關(guān)。因此本文著重介紹了鋁合金缸蓋的低壓鑄造技術(shù)及其參數(shù)控制要點(diǎn)，以期充分發(fā)揮低壓鑄造工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)高質(zhì)量的缸蓋鑄件。
2 缸蓋的低壓鑄造工藝要點(diǎn)
2.1 澆注系統(tǒng)實(shí)例
缸蓋的低壓鑄造工藝方案一般為一根升液管，多個(gè)澆口即多權(quán)分流的形式。如4缸缸蓋，具有代表性的兩種澆注系統(tǒng)即在燃燒室側(cè)是設(shè)置2個(gè)或4個(gè)澆口。圖2為2個(gè)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(duì)延伸率和耐腐蝕性有要求，也可以使用ZL101和ZL104。為獲得高質(zhì)量的金屬液，標(biāo)準(zhǔn)操作應(yīng)使用Ar氣旋轉(zhuǎn)吹氣精煉并加入Sr變質(zhì)及AJ-Ti-B細(xì)化晶粒。
2.3 澆注工藝
2.3.1模具維護(hù)
模具的定期清理和保養(yǎng)對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)高質(zhì)量的缸蓋鑄件和延長模具的使用壽命是相當(dāng)重要的。一般應(yīng)在每生產(chǎn)500-700件后即進(jìn)行模具維護(hù)，其主要內(nèi)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(zhì)量、頂出順利和排氣順暢。
2.3.2涂料
澆注前模具預(yù)熱至200℃左右噴涂料。缸蓋的形狀復(fù)雜，應(yīng)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(yīng)采用顆粒細(xì)小的涂料，厚度為O.OSmn。左右;而對(duì)于澆口、冒口、內(nèi)澆道等需要緩慢凝固的位置可適當(dāng)厚一些，一般為0.5-1 mm左右。
2.3.3過濾網(wǎng)
放置過濾網(wǎng)的目的是防止升液管中氧化物雜質(zhì)進(jìn)入型腔及形成層流充填?？刹捎脙r(jià)格便宜效果良好的鍍鋅金屬網(wǎng)，網(wǎng)線直徑叨.4---0.6mm, 1214目。
2.3.4溫度
鋁液溫度對(duì)缸蓋內(nèi)部缺陷、外觀質(zhì)量有很大的影響。澆注沮度在680-730的范圍內(nèi)為宜，實(shí)際操作中溫度偏差應(yīng)控制在20℃以內(nèi)。
低壓鑄造的特點(diǎn)是獲得良好的順序凝固，后此報(bào)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(chǎng)及提高缸蓋鑄件性能和縮短生產(chǎn)周期，必須對(duì)上模和側(cè)模實(shí)施強(qiáng)制冷卻。一般分為水冷和氣冷，采用多路設(shè)置，每路單獨(dú)自動(dòng)控制(流量和壓力)。水冷卻采用壓送式水泵，以解決模具內(nèi)部因高溫汽化產(chǎn)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(gè)澆口，兩個(gè)澆口之間的距離近會(huì)導(dǎo)致位于澆口間的鑄件部位溫度上升，使?jié)部诤驮摬课坏哪添樞蛳喾?。因此須在此部位設(shè)置局部強(qiáng)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(shí)應(yīng)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(duì)于冷卻強(qiáng)度有時(shí)間控制和溫度控制兩種方式，時(shí)間控制即控制通水或氣的時(shí)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(shè)置熱電偶，根據(jù)熱電偶測(cè)得的溫度大小由PC來開啟或關(guān)閉冷卻水或氣，控制精度相對(duì)較高。
近年來，凝固數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展為缸蓋的低壓鑄造工藝優(yōu)化提供了很好的參考依據(jù)，它可充分把握不同條件下的凝固測(cè)試結(jié)果，強(qiáng)化鑄造工藝過程控制，確保鑄件質(zhì)量。
2.3.5加壓時(shí)間
從充型到澆口凝固的時(shí)間稱為加壓時(shí)間，受溫度的影響很大。在穩(wěn)定生產(chǎn)條件下，加壓時(shí)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(chǎn)效率的角度考慮，可采取一模2件、2段加壓等方法縮短時(shí)間閉。
2.3.6起模時(shí)間
同加壓時(shí)間一樣，因溫度的變化而變化。時(shí)間短時(shí)鑄件易變形;時(shí)間過長則鑄件易卡在模具內(nèi)，取不出來。所以一般控制在加壓時(shí)間的1/3左右。為提高鑄件冷卻速度，起模時(shí)可先開脫模阻力小的側(cè)模，冷卻一定時(shí)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(dòng)充填性能和補(bǔ)縮效果，加壓曲線是低壓鑄造工藝控制中的重要一環(huán)。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(bǔ)縮壓力一般在0.005-0.01MPa左右。雖然壓力大補(bǔ)縮效果好，但如果壓力超過0.01 Mpa，會(huì)導(dǎo)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(shí)排出砂芯燃燒產(chǎn)生的氣體是非常必要的，但因缸蓋所用砂芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)最多，在模具中設(shè)置大量的排氣孔很困難。此時(shí)，將冒口補(bǔ)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(nèi)的液面高度變化影響到加壓曲線的重復(fù)再現(xiàn)性，因此柑禍內(nèi)的壓力應(yīng)能自動(dòng)補(bǔ)償。對(duì)于缸蓋鑄件，可通過設(shè)置傳感器，以精確控制加壓曲線的零點(diǎn)I81。連續(xù)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(shí)溶液易產(chǎn)生紊流流動(dòng)。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(duì)策
表1列出了低壓鑄造常見的缺陷及應(yīng)采取的暇止措施。針對(duì)缸蓋這樣復(fù)雜的零件，各種參數(shù)的細(xì)書波動(dòng)就可能影響鑄件質(zhì)。因此必須對(duì)工藝方案、奄具設(shè)計(jì)、澆注工藝等各方面進(jìn)行細(xì)致的分析和調(diào)查明確缺陷產(chǎn)生的各種原因，在此基礎(chǔ)上來采取相應(yīng)白解決措施。
4 結(jié)束語
迄今為止鋁合金缸蓋是適合于低壓鑄造的幾個(gè)有限的汽車零件之一，因此充分發(fā)揮其工藝出品率搞、內(nèi)部質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大國內(nèi)低壓鑄造技術(shù)在鋁合金缸蓋的生產(chǎn)應(yīng)用，以適應(yīng)我國轎車工藝快速發(fā)展。

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