广东肇庆动力金属股份有限公司526020
摘要：针对汽车缸体低压铸造技术，分析了汽车缸体的基本铸造方案，缸体采用阶梯式浇注形式。确定了金属型涂层和温度控制参数，[1]最后分析并解决了铸件中可能出现的缺陷。进一步说明了低压铸造技术在缸体铸造过程中的可行性和优越性。
关键词：汽缸体；浇注；金属型；铸造缺陷
随着能源短缺和汽车工业的快速发展，降低车辆能耗对确保汽车工业的发展起着重要作用。目前，大多数汽车的设计和制造都是基于降低燃料消耗，这提高了整体适用性。但是，必须在降低质量的前提下保证铸件的性能和质量。[2]汽车的汽缸体是汽车发动机的重要部件之一，汽缸体的质量直接对发动机的性能有重要影响。考虑到汽车发动机汽缸体的工作状况，一方面需要承受更高的压力和温度，另一方面，它必须具有良好的耐磨性。因此，从铸造技术出发，研究缸体的质量和性能具有重要的现实意义。
1汽车铝合金缸体铸造方案
这里所说的铝合金汽缸体是薄壁复合结构，如图1所示，汽缸体由4个汽缸和相应的曲轴箱组成。缸体采用ZL101A，铸造性能和机械性能优良，耐腐蚀性能好，抗应力腐蚀性能好，焊接方便。它的扁平形状为495mm×270mm×360mm。产生缩松和渗漏。[3]为此，必须采取相应的技术措施，以获得高质量的铸件。
图2汽车铝合金缸体的阶梯铸造形式
3汽车铝合金缸体的铸造参数
汽车铝合金缸体的铸造参数主要包括金属型涂层和温度控制。金属喷涂氧化锌涂层，涂层厚度为0.2mm，比例为：氧化锌7，水玻璃3，并均匀地用水稀释。坩埚刷上氧化锌涂料，加水呈乳状，最好刷3次。提升管内壁上的涂层与金属类型相同，厚度在0.5和1.0mm之间。石棉粉70％，氧化锌25％，水玻璃5％，加水成糊状，涂层厚度为3至4mm，最外层用1层氧化锌涂料进一步刷涂，缓慢干燥使用。[5]汽车铝合金汽缸体的金属型温度控制在260～350℃，合金的浇注温度为700℃左右，关于升液、充型、增压采用约为0.010～0.014kg/cm2s，等到充型结束之后，需要停留稳压5s左右，这样让其结壳，然后快速的增压，使得合金液冲破已开始形成的枝晶对末凝固的热节进行补缩。低压铸造后，铸件还要经500℃左右的水爆清砂淬火，及相应的时效处理。
4存在问题及解决办法
汽车铝合金缸体的金属铸造存在许多问题，如砂眼，夹杂物，冷隔板等。具体分析和解决方案如下：（1）金属铸造中的砂眼铸造问题主要是由于在型芯和浇口表面浮动的沙子和毛刺，并且不清洁油漆块中的砂或落入提升管中。该类型击中砂芯并落下沙子等。只要操作上注意，认真检查即可避免。（2）金属铸件中夹杂物缺陷的主要原因是金属装料表面未清洁，合金熔化和精炼，或立管涂层剥落。炉渣不干净，合金液在浇注过程中溅出，浇注系统不牢固。通过加强炉料管理，在浇注系统中加入渣罐，放置过滤器，可以严格执行冶炼操作程序。控制填充速度使合金液体顺利进入腔体，并注意控制浸入合金液体的液体入口喷嘴的深度不小于100mm。为了防止底部合金液中的杂质进入模具。（3）金属铸件冷绝缘缺陷的主要原因是金属温度低，铸造温度低，涂层薄，铸造速度慢，二次填充等。防止的方法应对症采取措施。[6]一般而言，汽车铝合金缸体的金属型铸造工艺中的相关缺陷可以对称解决，以确保铸件的性能。
5铸造技术
5.1压力铸造
图3铝合金压铸件生产过程示意图
压力铸造称为压铸。根据压力水平，它可以大致分为两种类型：低压铸造和高压铸造。它特别适用于高效率和低总成本的汽车铸件的大规模生产。[7]目前，几乎所有汽车传动壳体，离合器壳体，水泵壳体，化油器壳体，转向壳体等都是铝合金压铸件。压铸工艺流程如图3所示。
压铸过程的主要参数是注射力，比压，熔体填充速度，填充时间，停留时间，熔体温度和模具温度。由于熔体在高温，高速和高压下填充空腔，因此不可避免地涉及气体，因此已经开发了许多新工艺。如真空压铸法，充氧压铸法，低速填充压铸法，“细速密集”压铸法（也称为Acurad法是精确的，快速，致密），低速中压填充（NDC）铸造等都是无孔压铸的新工艺。因此，应根据压铸件的特性科学控制工艺参数，合理设计制造模具（包括浇注系统，溢流排气系统，模具冷却系统，模具加热和平衡控制系统）。选用合适的涂料及喷涂技术。压铸过程中铝熔体的温度比合金的熔点高40℃至100℃；模具温度和热平衡是实现高质量铸造的最重要条件。
表1金属低压铸造，压铸和金属铸造的工艺参数和特性
真空压铸法的真空度为22kN/m2至27kN/m2，并且在0.15s内达到4kN/m2的负压。真空压铸的质量取决于真空度。通过氧合法生产的压铸件的气体含量为约0.05mL/（100gAl），这仅为普通压铸法的1/10。氧化铝含量约为普通压铸件的3倍，但它存在于细（1μm）氧化铝颗粒中。该产品仅具有少量微孔和良好的耐压性。
低速填充压铸铝熔体的铸造速度约为1m/s，是传统压铸速度的1/20和1/60。压铸件的壁厚必须大于6毫米，形状不应复杂。Acarad法的基本原理可归结为：控制压力式冷却，大截面浇口，慢灌装速度，双冲头注射活塞。[8]NDC方法使用螺旋铸造方法，其中沿着喷射壁的螺旋流道注入铝熔体。空气不易混入熔体中，填充速度低，时间是传统压铸方法的20倍；由于在压力下凝固，结构致密，辅以适当的热处理，铸件的机械性能可以大大提高；它可以生产需要砂芯成型的工件。摩托车气缸盖，车轮，排气发动机缸体5.2。
（1）金属型低压铸造
该压铸方法是金属铸造和压铸之间的过程。并从远离大门的地方凝固，逐渐扩展到大门。这种“顺序凝固”状态与金属铸件的状态完全相同，不同之处在于低压铸件通常不具有立管进给，因此对铸件的形状和结构有一定的要求。低压铸造铝熔体的利用率远高于金属铸造，可达85％~90％。金属铸件仅为40％至60％，产品的机械性能更高，紧凑性也更好。但是，废品率高，生产过程复杂。金属型低压铸造，压铸工艺和金属铸造方法的工艺内容和产品性能比较如表1所示。
6结束语
汽车铝合金缸体低压铸造技术的研究对于保证汽车“轻量化”具有重要意义。进行缸体铸造工艺的方法有很多种，但从经济稳定性和产量的角度来看，低压铸造是一种合适的加工工艺。一方面，它可以提高熔融金属的利用率，降低能耗，另一方面，提高铸件的产量。对于企业发展有重要的意义。
参考文献
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