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、耐酸堿以及質量輕等特點，在生產制造上得到了廣泛應用。發動機缸體作為汽車的核心部件，為保證其運行的可靠性，一般多會選擇應用鋁合金材料制造，且需要做好壓鑄工藝控制，爭取進一步來提高鋁合金缸體的力學性能。本文主要結合鋁合金缸體特點對其壓鑄工藝技術要點進行了簡單分析，并提出了相應應對策略。

　　關鍵詞：鋁合金;發動機缸體;壓鑄工藝

　　為貼合綠色環保生產理念，汽車各部件的加工制造工藝需要做進一步的調整優化，確保達到高性能、低污染、低能耗的效果。基于鋁合金材料耐腐蝕性強以及質量輕等特點，來進行發動機缸體的加工制造，保證缸體具有良好性能，可以更好的適應惡劣的運行環境。

　　1 汽車發動機缸體壓鑄工藝分析

　　在社會經濟快速發展的背景下，人們的環保意識逐漸提高，對于汽車來講更加重視輕量化設計，尤其是發動機缸體作為汽車的核心部件，為確保其維持高效穩定的運行狀態，就需要對其鑄造工藝進行分析，確定工藝要點，且采取有效措施進行控制，提高發動機缸體的綜合性能，使其能夠良好的適應惡劣的作業環境。發動機性能如何直接決定了汽車的環保性、經濟性以及動力性，一直都是設計制造研究要點。缸體是發動機制造生產的要點，同時也是工藝難度較高的部分，為滿足汽車運行需求，必須要保證缸體具有較高的強度、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格的要求[1]。現在汽車發動機缸體壓鑄成型工藝在不斷更新升級，對進一步提高缸體制造質量具有巨大的推動作用，同時也全面滿足汽車行業發展需求。

　　2 鋁合金缸體壓鑄工藝特點

　　缸體壓鑄工藝即在高速高壓條件下，將液態或者半液態的金屬材料填入到壓鑄模型腔內，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安裝到坩堝內，充型時壓射沖頭就能夠將坩堝內的金屬液推入到壓室中，最后利用壓射系統的鵝頸管進入到型腔內。后者需要將熔化金屬的坩堝與冷室壓鑄機分開，采取手工或自動的方式將金屬液置于壓鑄機壓室中，并施加高壓由壓射沖頭促使金屬液進入到模具型腔內進行壓實。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用冷室壓鑄的方法加工。整個壓鑄過程中壓射所花費的時間非常短，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，發動機缸體的強度與硬度達到專業水平。并且，受高速高壓影響，金屬液填充時能力進一步增大，因此能夠有效填充各細節，鑄件精度以及表面質量比較高，同時在生產效率上也具有較大優勢。在低碳節能生產理念提出以后，鋁合金鑄件受到了廣泛關注，而鋁合金缸體制造工藝也日益成熟，鑄件逐漸向尺寸精密、鑄造形狀復雜等方面發展[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，仍需要對其進行調整優化，進一步提高鑄件質量，維持較高生產效率。

　　3 鋁合金缸體壓鑄工藝優化

　　3.1 鋁合金缸體狀態

　　以某汽車發動機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、質量檢驗[3]。通過打壓試漏操作發現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行分析，并對存在的隱患進行調整優化。

　　3.2 油路滲透原因分析

　　對滲漏報廢的發動機缸體解剖，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，表現為鑄件內部的不規則的孔洞，且其內壁不光滑;另外還存在氣孔，表現為鑄件內部的規則圓形且內壁光滑的小空洞。綜合所存缺陷表現形式和漏油部位分析，初步判斷缺陷部位處于進料末端且壁厚過大，補縮不足，使得壁厚中心鋁液凝固時形成氣縮孔。

　　3.3 壓鑄工藝調整優化

　　缸體壁厚處氣孔缺陷產生的主要原因是收縮氣孔以及析出氣孔的混合體，想要提前預防具有較大難度。第一，對鋁合金缸體壓鑄工藝進行改進優化，首先是對模具增加了預鑄銷，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，以免因為滲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，避免出現氣孔缺陷。即對模具增設真空閥系統，通過真空泵作業，保證模具型腔內部保持真空狀態，避免壓射時卷氣與型腔內部殘留涂料蒸發后氣體混入產生氣孔。其中，需要控制好真空閥的設計位置，盡量遠離澆口方向，與排氣通道末端要保持一定間距，對原來的排氣板設計方式進行調整。第三，控制鋁液澆注溫度，優化工藝參數。受產品壁厚影響，處于一定溫度范圍內的情況下，澆注溫度越低，會產生縮孔缺陷的可能性越小，因此在進行鋁合金缸體壓鑄時，以不影響發動機缸體質量為前提，將鋁液保溫溫度由原來的670±5℃降低到665±5℃，可進一步減少氣孔缺陷的產生。

　　3.4 壓鑄工藝優化成果

　　按照上述方法對鋁合金缸體壓鑄工藝進行改進優化后，缸體氣孔缺陷問題得到了顯著改善，降低了發動機缸體油路滲透問題的發生概率。該部位滲漏數量由原來投產總數的3%降低到現在的1%，壓鑄工藝問題得到了有效改善，進一步提高了汽車發動機缸體制造質量。

　　4 結束語

　　基于鋁合金材料質量輕、性能高以及易加工等特點，其在汽車發動機的制造上得到了廣泛應用。為進一步提高鋁合金發動機質量，就需要對其壓鑄工藝進行分析，在不影響發動機缸體質量的前提下，對現存的工藝缺陷進行改進與優化，保證最終得到的發動機缸體無任何質量問題。

　　參考文獻：

　　[1]晉太洋.發動機鋁合金缸體壓鑄工藝及力學性能研究[J].佳木斯大學學報(自然科學版)，2018，36(04)：550-553+557.

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

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

　　推薦閱讀：《特鋼技術》(季刊)創刊于1993年，由攀鋼集團四川長城特殊鋼有限責任公司主辦。

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