车用发动机铝合金缸盖低压铸造工艺方法

0 引言

随着我国汽车行业的迅猛发展，对整车轻量化和整车油耗要求不断提升，基于生产成本和力学性能的考虑，扩大铝合金铸件的应用是目前解决上述问题的主要手段。发动机缸盖已完全实现使用铝合金的制造，国内主流的铝合金缸盖铸造方法主要分为两种：翻转铸造(亦称为重力铸造)和低压铸造。其中，低压铸造以其自动化程度高[1]，充型压力和充型速度便于控制，充型平稳，冲刷力小，液流和气流的方向一致，气孔、夹渣等缺陷较少，铸件组织较高压铸造致密，补缩冒口小，金属利用率提高到90%～98%，成本低等特点，在国内的各大车企含丰田、本田、日产等合资企业，均普遍以低压铸造工艺生产发动机铝合金缸盖。本文作者以某日系合资发动机制造企业生产的铝合金缸盖为例，介绍发动机铝合金缸盖低压铸造的砂再生、砂芯造型、浇注、及热处理工艺和过程控制要点，并对常见不良提供大致的解决方向及理论基础。

1 铝合金缸盖整体低压铸造流程

根据目前主流的发动机铝合金缸盖制造流程，可分为五大工序，详见表1。

表1低压铸造缸盖五大工序流程大工序砂再生砂芯造型铸造后处理热处理分工序砂回收铝砂分离砂再生砂混炼砂检测混炼砂投入射砂砂芯烧成开模顶出去除毛刺砂芯放置合模加压填充开模顶出制品冷却打击落砂浇冒口切断去除毛刺水孔检测外观检查T6热处理硬度测量水孔检测外观检查出库

特别的，对铝液溶解、砂芯模、外模整备同样属于低压铸造的重要工序，但主机厂出于布局约束、品质管控成本等方面的原因，有可能将铝液溶解工序部分进行委外处理；模具整备则一般从属于辅助部门进行管理。

2 各工艺方法及相关过程控制要点

2.1 铝液溶解工序

从低压铸造生产线回收的浇冒口、切屑切粉与铝锭混合后投入溶解炉，作业人员需对溶解后的铝液进行成分检测，不同牌号铝液成分稍有差异，表2为牌号AC2C铝液成分一般控制要求。

表2牌号AC2C铝液成分一般控制要求成分CuSiMgFeMnNiZnTiPbSnCr规格/%2.0～4.05.0～7.00.2～0.40.5以下0.2～0.40.35以下0.5以下0.2以下0.2以下0.1以下0.2以下

表3给出了各微量元素对产品的相关影响，对于工艺控制具有参考意义。

表3各微量元素对缸盖品质的影响元素作用&缺点Si改善铝液流动性,缸盖耐磨损性提高,过量将导致铝液凝固速度变慢,结晶粗大,容易缩孔Cu提高强度,切削性,固溶硬化性,过量将容易导致铸造裂纹Mg提高切削性,时效硬化性,过量将导致铝液易氧化,流动性降低Fe可防止铝液粘到模具造成的烧结,过量将容易产生缩孔Ni提高高温强度Mn提高高温强度Zn与Mg元素共存时强度较好,过量将增加凝固收缩量,导致产品裂纹

因铝液的含气量将极大地影响低压铸造缸盖品质，在铝液出库及浇铸前均需对铝液的含气量进行测定，目前一般采用减压凝固法，比重值2.60 g/cm3以上的铝液判定为合格，可进行浇铸生产，如比重不达标，则可通过GBF，向铝水内部投入除渣剂，并通入氩气或氮气等惰性气体，达到改善的目的。表4展示不同比重值铝样切断的内部状况。在生产过程中，铝液的出汤温度及配汤温度亦为重要管控点，出汤温度、配汤温度及浇铸温度根据工艺进行阶梯递减设置，一般适宜的浇铸温度为680～700 ℃[2]。

表4不同比重值铝样切断对比判定合格不合格切断面比重/(g·cm-3)

2.2 砂再生工序

砂再生工序是将各工序收集的废砂，含砂处理造型机、低压铸造机、后处理设备及热处理回收干燥砂等，通过振动破碎，混合后投入加热炉中进行焙烧，用于清除砂子内的不纯物，并添加适量新砂用于补充过程损失量，以及调节砂粒度。加入黏结剂(酚醛树脂)，硬化剂(硬脂酸钙)，和乌洛托品溶液用于增加流动性，在混炼炉内进行搅拌混炼，最终生产的混炼砂需经过发气量检测、抗折强度检测、粒度检测等品质检查，方可用于砂芯造型[3]。该工艺采用石英砂与酚醛树脂成型,由于石英砂的热膨胀率很小而且恒定,因而铸件的尺寸精确度高，其加工面的加工余量可达1.5 mm[4]。

砂再生过程中需重点关注各工序砂温，砂温异常将影响混炼效果以及出现不纯物超差的情况，混炼过程中除需规定药品投入时间及用量外，还需定期测定混炼炉内飞轮与炉壁间的间隙，长期使用情况下飞轮与炉壁间隙增大，影响混炼效果。砂加热炉需定期点检鼓风机压力值、加热器火焰电压值、集尘机负压值等重要条件，以保证混炼砂质量。

文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/qikandaodu/2021/0207/469.html