鋁合金缸蓋的工藝優化研究

長城汽車股份有限公司天津哈弗分公司動力事業部 天津 300462

摘 要：隨著制造業的發展，壓鑄件的制造發展也比較迅速，現已被廣泛應用于汽車、飛機以及儀器儀表等制造行業。其中鋁合金缸蓋就是壓鑄件的一種類型，鋁合金缸蓋在制作的過程中，由于發動機缸蓋壁厚不是很均勻，制造時容易發生開裂、氣孔以及粘膜等不良現象。所以在制作過程中必須對原來的工藝方式進行進一步優化，提高鋁合金缸蓋的制作質量。本文主要分析鋁合金缸蓋的工藝優化措施。

關鍵詞：鋁合金；缸蓋；工藝優化；

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-04-00-01

壓鑄件的制作需要在先進的工藝流程下完成，必須能夠保證鑄件尺寸的精確度和充型的平穩性，只有這樣才能獲得更加優質的鑄件。傳統的鑄造工藝已經不能適應社會發展需求，很難根據產品的產量和工藝要求，鑄造出符合社會需求的鑄造件。為了提高鑄件的質量，我們在這里對鋁合金缸蓋的工藝進行優化升級，準確的確定鑄件的工藝參數，從壓射比壓、材料成分等方面對鑄件工藝進行改進，消除鑄件制作過程中存在的壁厚不均等問題。

一、鋁合金缸蓋和鑄造工藝概括

鋁合金缸蓋制作結構比較復雜，而且壁的薄厚不均勻，廢品率較高，在制作過程中對工藝參數要求比較高。缸蓋一般有進/排氣道、燃燒室、冷卻水套以及油池等幾部分組成。如（圖一）為一重型發動機缸蓋模型，質量0.7kg，體積266cm3，外形尺寸為：115mm×110mm×41mm，壁厚：3mm-13mm不等，年產量為40萬件。

一般情況下，在鑄件制作過程中出現的壁厚不均勻、火花塞孔縮松等問題一般采用低壓鑄造工藝解決，主要是因為低壓鑄造工藝方法操作簡單、設備廉價，產品致密性好、內部缺陷少、表面光潔等優點，但是低壓鑄造不利于大規模生產，它膜溫比較高，凝固速度慢，鑄造周期一般比較長，導致生產效率低下。為了解決這方面的問題，可以對低壓鑄造工藝進行改造，解決成本和產能問題。

二、壓鑄工藝優化

（一）鑄件材料。乘用車發動機缸蓋一般采用鋁合金材料，化學成分主要由鋁、鋅、鎂、鐵等元素構成，在壓鑄的過程中要根據其材料成分進行嚴格的壓鑄。另外，在壓鑄的過程中可能容易發生粘膜、氣孔、裂紋等現象，廢品率高達80%左右。經過仔細的分析，發現鑄件中鐵元素的含量對鑄件有著非常重要的影響，如果鑄件中鐵含量在0.7%以下，壓鑄件容易發生氣孔、粘膜的等缺陷；當鐵元素含量在1.0%以上，壓鑄件容易發生開裂現象；而當鐵元素含量在0.7%-1.0%之間時，能夠實現較高的產品合格率。為了提高鑄件的合格率，對鑄件材料成分進行改變，以便改變其力學性能。我們先利用萬能材料試驗機進行試驗，試驗結果要求伸長率在1.4以上，抗拉強度在240MPa以上，屈服長度在154MPa以上，只要材料改變之后的鑄件符合這些條件，就代表試驗成功。然后根據測試報告分析得出材料改變之后鑄件材料的伸長率、抗拉強度以及屈服長度均在要求范圍之內。

（二）內澆口寬度的優化。內澆口參數的優化主要包括其長度、厚度以及寬度的優化，通過對內澆口寬度與長度經驗值的分析可知（內澆口寬度與長度經驗值如表一），內澆口寬度一般為2-3mm，它與壓鑄件的形狀之間沒有太大的關聯性。如果內澆口的寬度太大，會增加液流阻力，導致壓力不易傳遞，增加保溫時間，降低鑄造效率；如果內澆口的寬度太小，容易發生噴濺現象，加快內澆口的磨損速度。但是如果試模過程中選擇2mm寬度的內澆口寬度，鑄件往往會出現氣孔、澆注不足等缺陷，導致鑄件結構縮松，仍然不能提高產品合格率。經過反復試驗，將內澆口寬度設計為4mm，采用大流量進料方式進行澆鑄，預防上述缺陷的出現時，內澆口寬度更加接近壁厚。

（三）提高壓射比壓。一般情況下，在鑄件的鑄造過程中為了提高鑄件的質量，往往會采用提高壓射比壓的方法，特別是在內澆口寬度增加的情況下，這是一種較好的方法。但是需要注意的是必須要將填充過程控制在0.3s之內。普通的壓射比壓=80MPa，在此工藝下我們把鑄件的壓射比壓提高到120MPa。但是，提高壓射比壓容易導致粘膜缺陷，降低鑄件的使用壽命，為了避免這一缺陷的出現，我們還需要改進填充過程，在金屬液充滿型腔的0.01s內剎車保壓3s。

（四）設定壓鑄工藝參數。在本次工藝改造中我們采用IMPRESS-3系列1600kN壓鑄機，然后在不斷的優化過程中確定壓鑄工藝參數，壓射溫度：680攝氏度，模具溫度在180-220攝氏度之間，沖頭高速速度為6m/s，高速壓射行程為208mm，沖頭低速速度為1m/s，低速壓射行程為140mm

三、結語

通過對以上工藝過程的改進與優化，對發動機缸蓋的平面氣孔進行測試，確定工藝優化效果，本次工藝優化檢驗結果是產品合格率達到95%左右，取得較好的工藝優化效果。對于發動機缸蓋壁厚不均勻、螺紋加工不良、裂紋等缺陷的解決，要從材料、壓射比壓以及內澆口等方面進行優化改進，改進工藝參數，提高鑄件質量，和產品穩定性。

參考文獻：

[1]趙建華，劉濤，曾禮等.鋁合金汽缸蓋低壓鑄造數值模擬及工藝優化[J].熱加工工藝，2011，40（1）：39-41.

[2]于波.基于數值模擬分析的鋁合金缸蓋罩壓鑄工藝優化[J].鑄造技術，2011，32（8）：1109-1111.

[3]劉一軍.4G93SD4氣缸蓋低壓鑄造數值模擬及工藝優化[D].哈爾濱理工大學，2007.

[4]夏天，張正來，曠鑫文等.重型卡車發動機鋁合金缸蓋壓鑄工藝研究[J].特種鑄造及有色合金，2013，33（11）：1024-1026.