鋁合金缸體壓鑄工藝及品質(zhì)控制

鋁合金壓鑄缸體介紹下圖為Al-9Si-3Cu合金壓鑄缸體，其尺寸為351mm*334mm*269mm，壁厚為（4±0.4）mm，毛坯質(zhì)量為18.9kg，硬度（HB）為90-110。采用高磷蠕墨鑄鐵缸套，硬度（HB）為220-290，壁厚為4.4mm，桁磨后壁厚為2.8mm。缸體結(jié)構(gòu)包含缸筒、水套、高壓油道、曲軸箱、主軸承座等。

鋁合金熔化設(shè)備及工藝熔化采用LPG燃氣爐，其具備上料、熔化及保溫功能，熔化率為3.5T/H，保溫爐容量為10t。為節(jié)省能源，目前，多采用鋁合金液直送工藝，即由鋁合金供應(yīng)商在廠內(nèi)進行鋁合金液的熔化，將合金液直接送至壓鑄車間保溫爐內(nèi)。合金牌號為Al-9Si-3Cu，鋁合金錠與回爐料配比為4:6；采用直讀光譜儀檢測出爐前合金液成分；合金液在熔化爐保溫室內(nèi)進行720℃保溫，在進行爐內(nèi)精煉除渣之后，出爐到轉(zhuǎn)運澆包內(nèi)；在轉(zhuǎn)運澆包內(nèi)采用氮氣（99.99%）＋旋轉(zhuǎn)除氣裝置進行除氣處理，可凈化合金液內(nèi)部殘存氣體及殘渣；通過含氣量檢測裝置進行除氣效果評價，密度指數(shù)＝（1-ρ真空/ρ常壓）*100，控制標(biāo)準為≤1。壓鑄模及澆注系統(tǒng)設(shè)計模具采用六面抽芯結(jié)構(gòu)，主要由定模部分、動模部分、成形部分、澆注系統(tǒng)、抽芯機構(gòu)、頂出機構(gòu)、排氣系統(tǒng)、加熱保溫裝置、定位導(dǎo)向系統(tǒng)等組成。壓鑄模材質(zhì)為3Cr2W8V和H13鋼，抽芯棒可采用鈦合金或高溫合金，熱處理后其硬度（HRC）達到45以上，通過表面氮化處理后，壓鑄模具的壽命可達10萬次以上。通常缸體壓鑄件的澆注系統(tǒng)有兩種形式：單側(cè)澆注系統(tǒng)和雙側(cè)澆注系統(tǒng)。單側(cè)澆注系統(tǒng)一般用于小型缸體，雙側(cè)澆注系統(tǒng)一般用于大型缸體。通過充填和凝固模擬的模流分析軟件，可使?jié)沧⒐に嚥贾玫玫絻?yōu)化。壓鑄機及壓鑄工藝為獲得高品質(zhì)壓鑄件，溫度、速度、壓力、時間等關(guān)鍵工藝參數(shù)必須滿足壓鑄生產(chǎn)的需要。溫度控制澆注溫度控制在640-680℃。澆注溫度過高，則收縮大，鑄件容易產(chǎn)生裂紋、晶粒粗大、粘模；澆注溫度過低，易產(chǎn)生冷隔、表面花紋和澆不足等缺陷。澆注期間，應(yīng)確保保溫爐內(nèi)的鋁合金液表面氧化層的及時清理，否則，將可能導(dǎo)致氧化夾雜缺陷。壓鑄模在使用前要預(yù)熱到一定溫度。在連續(xù)生產(chǎn)中，壓鑄模溫度往往升高，溫度過高除使液態(tài)金屬產(chǎn)生粘模外，也導(dǎo)致鑄件冷卻緩慢，使晶粒粗大、頂出變形等。鋁合金缸體模具加熱使用6臺模溫加熱器，所有的型芯、鑲塊等均采用冷卻水，使模具工作溫度控制在180-200℃范圍內(nèi)。速度和壓力控制缸體壓鑄件品質(zhì)對壓射工藝參數(shù)的變化非常敏感。速度過高容易造成鑄件中的氣體增加；過低則容易造成充填不良。壓射壓力過低，鑄件中氣孔、縮孔等缺陷增加；壓力過高，飛邊及毛刺等缺陷增加，對模具損害也大。采取合適的壓射速度（壓射比壓），確定合理的速度轉(zhuǎn)換位置，在凝固之前對鑄件實現(xiàn)快速增壓（增壓比壓）。因缸體尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚差異大，采用28000kN壓鑄機，設(shè)置慢壓射速度為0.2m/s左右，慢壓射行程為400mm，快壓射速度為5.5m/s左右，最終壓力保持在45MPa左右。時間控制充填時間長短取決于鑄件體積的大小和復(fù)雜程度，充填時間與內(nèi)澆口的截面積有密切關(guān)系，并與沖頭壓射速度直接關(guān)聯(lián)。充填時間最終體現(xiàn)為2級壓射速度，即快壓射速度控制在4-5m/s。合金液充填型腔完畢，將進入凝固成形階段，此時應(yīng)立即進行增壓，使合金液在高壓下凝固結(jié)晶，大噸位壓鑄機建壓時間控制在30ms以內(nèi)，小型壓鑄機可達到10ms。持壓時間的長短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚。持壓時間過短容易產(chǎn)生氣孔、縮松；持壓時間過長則鑄件溫度低，收縮大，抽芯和頂出鑄件時的阻力大，不僅出模困難，同時容易引起鑄件開裂，一般取30s。壓鑄自動化生產(chǎn)單元的實現(xiàn)壓鑄機配備有澆注機械手、噴涂機器人、取件機器人、切邊機等周邊附屬裝置，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)，單件節(jié)拍為110s。①合金液保溫通過轉(zhuǎn)運澆包將成分、含氣量合格的合金液轉(zhuǎn)至壓鑄機前保溫爐內(nèi)進行保溫，溫度控制在640-680℃。②鑄鐵缸套嵌入在缸套嵌壓前，缸套需要預(yù)熱至90℃，避免鋁合金收縮應(yīng)力導(dǎo)致的開裂。③澆注系統(tǒng)清理采用自動液壓切邊機及切邊模，切除澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)及缸孔內(nèi)飛邊。5.熱處理缸體鑄造殘余應(yīng)力包括熱應(yīng)力、相變應(yīng)力及收縮應(yīng)力。殘留應(yīng)力降低了鑄件的力學(xué)性能，影響鑄件的加工精度。通過24h自然時效后T5處理，可以達到消除殘余應(yīng)力的目的。下圖為T5處理曲線。

T5處理將導(dǎo)致鑄件硬度（HB）下降8-10，通過提高Cu、Si、Mn的含量及適當(dāng)降低T5處理的溫度，可得到理想的鑄件硬度。其中，Cu含量的增加，硬度增大效果明顯，但材料成本較高，需通過化學(xué)成分和溫度的正交試驗，以確定工藝方案。硬度測量點見圖1中A、B兩點。6.粗加工為確保交付產(chǎn)品滿足后續(xù)精加工定位及加工精度，需對毛坯進行粗加工，以消除鑄造公差。粗加工范圍包含定位孔、主軸承座、缸孔等，均采用加工中心完成。7.試漏粗機加后的零件需要進行試漏，分為水套試漏、高壓油道、低壓油腔。試漏過程主要分為充氣、穩(wěn)壓、測量、排氣四個階段。8.浸滲針對要求水套泄漏量小于100mL、曲軸箱泄漏量小于500mL的泄漏零件，將進行浸滲處理，使有機浸滲液填補進鑄件的細