鋁合金發動機缸蓋制造技術探討

馮軍營 渠娜 高小波

(1.保定長城內燃機制造有限公司,河北保定 072650;2.首鋼礦業公司,河北唐山 064404)

鋁合金發動機缸蓋制造技術探討

馮軍營1渠娜1高小波2

(1.保定長城內燃機制造有限公司,河北保定 072650;2.首鋼礦業公司,河北唐山 064404)

鋁合金發動機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。本文對這幾種制造工藝進行了簡要分析,并闡述了在鋁合金發動機缸蓋制造中常見的低壓鑄造工藝內容,總結并展望了未來鋁合金發動機缸蓋制造前景。

鋁合金 發動機缸蓋 制造技術

在汽車制造領域,輕量化已成為其主旋律,通過鋁合金材質制造汽車零件已成為一個主要輕量化的途徑。作為汽車發動機缸蓋,采用鋁合金材質后,同鋼鐵材質相比重量減少一半以上。但鋁合金發動機缸蓋的技術要求較高,數據精準度要求嚴格,其成品率較低,本文對鋁合金發動機缸蓋的幾種制造工藝都進行了簡要分析,特別對缸蓋制造使用的低壓鑄造進行了工藝闡述。

1 鋁合金發動機缸蓋制造工藝

1.1 金屬型鑄造

在鋁合金發動機缸蓋的制造工藝中,金屬型鑄造屬于傳統鑄造方法,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性和冷卻性,但是成本較高,且生產過程中易產生裂紋、氣孔等現象。采用金屬型鑄造的缸蓋質量同砂型鑄造相比較,質量明顯高出很多,但金屬型鑄造不適用于小批量零件生產。

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,較多應用于鋁合金發動機的缸體鑄造中,在缸蓋鑄造中也有涉及。壓鑄是通過高壓作用,將液態或半液態金屬迅速成型凝固。在高壓力條件下,這種方法能夠制造出數據精密程度高的鋁合金零件,特別是對于轎車所使用的鋁合金發動機缸體和缸蓋,應用較廣泛。使用壓鑄這種制造工藝,獲得的產品有較高的成品率,生產力也比較高,且不需要進行熱處理,缺點是在金屬液體的高速流轉下,澆注時產品較易產生氣孔,故對流速的限制較多。

1.3 低壓鑄造

該鑄造工藝介于重力鑄造和壓力鑄造之間,低壓鑄工藝對鋁材料的利用率較高,產品缺陷較少,所需壓力不高,產品較為完美。但是采用低壓鑄造的生產率較低,生產時間較長,總體產品的成品率低,雖然在鋁合金發動機缸蓋的制造中屬于傳統工藝,但使用該鑄造方法的企業并不多。

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,泡沫塑料模就會氣化消失。消失模鑄造的鑄造工藝,同傳統的鑄造工藝相比,大大縮短了生產時間,鑄件的加工后剩余量很少。但與此相對的是,消失模工藝的前期投入較高,生產線投入資金高,工藝較復雜,不是每個企業都適宜引入的。消失模鑄造工藝,適用于大批量、高復雜的鋁合金零件生產,大量的生產需求和復雜的零件設計,對于消失模工藝而言,有著巨大的經濟效益收入。

1.5 冷芯盒砂芯組芯造型

冷芯盒砂芯組芯造型工藝能夠對生產的壓力等其他條件進行控制,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,動力源由電磁泵提供,通過保護性氣體使金屬液體同大氣隔離,生產過程中避免了氣孔的產生,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品質量最好的方法,但因為使用鋯砂的原因,高導熱性限制了該方法鑄件的應用范圍。冷芯盒砂芯組芯造型最初在一級方程式賽車的鋁合金發動機缸蓋制造中使用,是未來主要的鑄造工藝發展方向。

2 鋁合金發動機缸蓋的低壓鑄造工藝

在鋁合金發動機缸蓋的鑄造工藝中,使用低壓鑄造方法的較普遍,進行缸蓋的低壓鑄造時,其工藝方案一般為一根升液管和多個澆口組成,即采用多杈分流的形式進行。在鋁合金缸蓋的澆注中,鋁合金一般為鋁、硅、銅的合金,如常見的ZL107,同時為了提升缸蓋的耐腐蝕性,也會使用ZL101作為合金原料。

合金的熔化需要通過氬氣旋轉吹氣,加入鍶變質等其他物質;澆筑時先對模具進行清理,預熱至200℃進行涂料,涂料時要根據缸蓋的形狀決定薄厚,如澆口附近需要涂厚一些;注意過濾網的放置,避免氧化物雜質進入;澆注時的溫度要控制在710℃左右,將偏差控制在20℃內,以減小鋁液溫度造成的缸蓋內部缺陷;冷卻時使用水冷或氣冷,對于一些澆口距離過近的位置要強制冷卻。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,冷卻強度可通過時間和溫度兩個因素控制;從缸蓋的充型到澆口凝固時間為加壓時間,一般控制在5分鐘左右,若要提升生產效率,可以采用一模兩件等方法進行。同樣的,起模時間也受到溫度的影響,若時間過短會造成缸蓋形狀變形,時間太長則取不出來,一般的起模時間是在加壓時間的三分之一處時,起模時先脫側模,再起上模;低壓鑄造時,要注意加壓曲線,如冒口的補縮壓力在0.007MPa左右。同樣的,坩堝內的液面高度也會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 總結與展望

對于鋁合金發動機缸蓋的鑄造工藝而言,不只是為制造出高質量的汽車零件,還需要根據實際情況,按照工廠的生產條件和缸蓋機構需求,選擇最適合的制造方法。現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,對于結構簡單一些的則以高壓鑄造為主,再復雜一些的多以消失模鑄造和冷芯盒砂芯組芯造型為主。就現階段而言,擁有較為良好的質量、生產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,鋁合金發動機缸蓋的制造工藝將會向著冷芯盒砂芯組芯造型方向發展,因為冷芯盒砂芯組芯造型所使用的設備成本會降低,鑄造技術和工藝有了新的發展。同樣的,消失模工藝同冷芯盒砂芯組芯造型一樣,也將是未來鋁合金發動機缸蓋的主要鑄造工藝。

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