馮軍營(yíng) 渠娜 高小波

(1.保定長(zhǎng)城內(nèi)燃機(jī)制造有限公司,河北保定 072650;2.首鋼礦業(yè)公司,河北唐山 064404)

鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋制造技術(shù)探討

馮軍營(yíng)1渠娜1高小波2

(1.保定長(zhǎng)城內(nèi)燃機(jī)制造有限公司,河北保定 072650;2.首鋼礦業(yè)公司,河北唐山 064404)

鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的制造包括了壓力鑄造、金屬型鑄造、冷芯盒砂芯組芯造型等幾種工藝。本文對(duì)這幾種制造工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,并闡述了在鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋制造中常見(jiàn)的低壓鑄造工藝內(nèi)容,總結(jié)并展望了未來(lái)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋制造前景。

鋁合金 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋 制造技術(shù)

在汽車制造領(lǐng)域,輕量化已成為其主旋律,通過(guò)鋁合金材質(zhì)制造汽車零件已成為一個(gè)主要輕量化的途徑。作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋,采用鋁合金材質(zhì)后,同鋼鐵材質(zhì)相比重量減少一半以上。但鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的技術(shù)要求較高,數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度要求嚴(yán)格,其成品率較低,本文對(duì)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的幾種制造工藝都進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,特別對(duì)缸蓋制造使用的低壓鑄造進(jìn)行了工藝闡述。

1 鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋制造工藝

1.1 金屬型鑄造

在鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的制造工藝中,金屬型鑄造屬于傳統(tǒng)鑄造方法,為重力鑄造的一類,使用較普遍。這種制造工藝雖然有較好的力學(xué)性和冷卻性,但是成本較高,且生產(chǎn)過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋、氣孔等現(xiàn)象。采用金屬型鑄造的缸蓋質(zhì)量同砂型鑄造相比較,質(zhì)量明顯高出很多,但金屬型鑄造不適用于小批量零件生產(chǎn)。

1.2 壓力鑄造

壓力鑄造,即為壓鑄,是目前使用較多的一種制造工藝,較多應(yīng)用于鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體鑄造中,在缸蓋鑄造中也有涉及。壓鑄是通過(guò)高壓作用,將液態(tài)或半液態(tài)金屬迅速成型凝固。在高壓力條件下,這種方法能夠制造出數(shù)據(jù)精密程度高的鋁合金零件,特別是對(duì)于轎車所使用的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋,應(yīng)用較廣泛。使用壓鑄這種制造工藝,獲得的產(chǎn)品有較高的成品率,生產(chǎn)力也比較高,且不需要進(jìn)行熱處理,缺點(diǎn)是在金屬液體的高速流轉(zhuǎn)下,澆注時(shí)產(chǎn)品較易產(chǎn)生氣孔,故對(duì)流速的限制較多。

1.3 低壓鑄造

該鑄造工藝介于重力鑄造和壓力鑄造之間,低壓鑄工藝對(duì)鋁材料的利用率較高,產(chǎn)品缺陷較少,所需壓力不高,產(chǎn)品較為完美。但是采用低壓鑄造的生產(chǎn)率較低,生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng),總體產(chǎn)品的成品率低,雖然在鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的制造中屬于傳統(tǒng)工藝,但使用該鑄造方法的企業(yè)并不多。

1.4 消失模鑄造

使用該工藝,需要到與所鑄造的零件相同的泡沫塑料模,這樣金屬液體注入后,泡沫塑料模就會(huì)氣化消失。消失模鑄造的鑄造工藝,同傳統(tǒng)的鑄造工藝相比,大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間,鑄件的加工后剩余量很少。但與此相對(duì)的是,消失模工藝的前期投入較高,生產(chǎn)線投入資金高,工藝較復(fù)雜,不是每個(gè)企業(yè)都適宜引入的。消失模鑄造工藝,適用于大批量、高復(fù)雜的鋁合金零件生產(chǎn),大量的生產(chǎn)需求和復(fù)雜的零件設(shè)計(jì),對(duì)于消失模工藝而言,有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益收入。

1.5 冷芯盒砂芯組芯造型

冷芯盒砂芯組芯造型工藝能夠?qū)ιa(chǎn)的壓力等其他條件進(jìn)行控制,其鑄造方法同低壓鑄造類似。冷芯盒砂芯組芯造型使用鋯砂,動(dòng)力源由電磁泵提供,通過(guò)保護(hù)性氣體使金屬液體同大氣隔離,生產(chǎn)過(guò)程中避免了氣孔的產(chǎn)生,防止了氧化的可能。冷芯盒砂芯組芯造型是幾種鑄造工藝中產(chǎn)品質(zhì)量最好的方法,但因?yàn)槭褂娩喩暗脑?高導(dǎo)熱性限制了該方法鑄件的應(yīng)用范圍。冷芯盒砂芯組芯造型最初在一級(jí)方程式賽車的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋制造中使用,是未來(lái)主要的鑄造工藝發(fā)展方向。

2 鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的低壓鑄造工藝

在鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的鑄造工藝中,使用低壓鑄造方法的較普遍,進(jìn)行缸蓋的低壓鑄造時(shí),其工藝方案一般為一根升液管和多個(gè)澆口組成,即采用多杈分流的形式進(jìn)行。在鋁合金缸蓋的澆注中,鋁合金一般為鋁、硅、銅的合金,如常見(jiàn)的ZL107,同時(shí)為了提升缸蓋的耐腐蝕性,也會(huì)使用ZL101作為合金原料。

合金的熔化需要通過(guò)氬氣旋轉(zhuǎn)吹氣,加入鍶變質(zhì)等其他物質(zhì);澆筑時(shí)先對(duì)模具進(jìn)行清理,預(yù)熱至200℃進(jìn)行涂料,涂料時(shí)要根據(jù)缸蓋的形狀決定薄厚,如澆口附近需要涂厚一些;注意過(guò)濾網(wǎng)的放置,避免氧化物雜質(zhì)進(jìn)入;澆注時(shí)的溫度要控制在710℃左右,將偏差控制在20℃內(nèi),以減小鋁液溫度造成的缸蓋內(nèi)部缺陷;冷卻時(shí)使用水冷或氣冷,對(duì)于一些澆口距離過(guò)近的位置要強(qiáng)制冷卻。一般以間接冷卻為主,在一些較厚的位置可以使用直接冷卻,冷卻強(qiáng)度可通過(guò)時(shí)間和溫度兩個(gè)因素控制;從缸蓋的充型到澆口凝固時(shí)間為加壓時(shí)間,一般控制在5分鐘左右,若要提升生產(chǎn)效率,可以采用一模兩件等方法進(jìn)行。同樣的,起模時(shí)間也受到溫度的影響,若時(shí)間過(guò)短會(huì)造成缸蓋形狀變形,時(shí)間太長(zhǎng)則取不出來(lái),一般的起模時(shí)間是在加壓時(shí)間的三分之一處時(shí),起模時(shí)先脫側(cè)模,再起上模;低壓鑄造時(shí),要注意加壓曲線,如冒口的補(bǔ)縮壓力在0.007MPa左右。同樣的,坩堝內(nèi)的液面高度也會(huì)影響到加壓曲線的變化,升液管同坩堝底部的間隔高度同樣有著影響,一般維持在200mm左右。

3 總結(jié)與展望

對(duì)于鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的鑄造工藝而言,不只是為制造出高質(zhì)量的汽車零件,還需要根據(jù)實(shí)際情況,按照工廠的生產(chǎn)條件和缸蓋機(jī)構(gòu)需求,選擇最適合的制造方法。現(xiàn)在制造鋁合金缸蓋多使用金屬型鑄造和低壓鑄造這兩種方法,對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一些的則以高壓鑄造為主,再?gòu)?fù)雜一些的多以消失模鑄造和冷芯盒砂芯組芯造型為主。就現(xiàn)階段而言,擁有較為良好的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和收益的方法仍屬壓鑄和低壓鑄造,該方法是目前的主流鋁合金缸蓋制造方法。在未來(lái),鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的制造工藝將會(huì)向著冷芯盒砂芯組芯造型方向發(fā)展,因?yàn)槔湫竞猩靶窘M芯造型所使用的設(shè)備成本會(huì)降低,鑄造技術(shù)和工藝有了新的發(fā)展。同樣的,消失模工藝同冷芯盒砂芯組芯造型一樣,也將是未來(lái)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的主要鑄造工藝。

[1]徐鳳舟,楊浚涵.鋁缸蓋重力鑄造[J].特種鑄造及有色金屬,2005(5).

[2]王華僑,盛學(xué)斌,耿巍磷.鋁合金先進(jìn)鑄造技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件成形中的應(yīng)用[J].金屬加工(熱加工),2009(13).

[3]吳浚郊.轎車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金缸體和缸蓋的鑄造技術(shù)[J].鑄造技術(shù),2002(9).

[4]嚴(yán)青松,余歡,魏伯康,等.汽車鋁合金缸蓋鑄件缺陷分析及控制[J].失效與分析,2009(1).