戴成珂
广东大冶摩托车技术有限公司
摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，针对某款铝合金发动机气缸体打刻面出现的气孔问题，从铝合金压铸件气孔缺陷形成机理、铸造工艺和熔炼工艺等方面进行研究，采取了一系列相关措施。首先，提高压铸高速起点和降低脱模剂喷涂时间，效果不佳。然后，延长铝液的除气时间以降低其氢含量，效果仍然不明显。最后，在改善措施基础上，利用模拟软件，通过优化浇注系统，成功将铸件气孔不良率由２．５％降低到０．１２％。
关键词：气缸体；气孔；模具温度；熔炼；浇注系统
引言
某压铸铝合金发动机缸体毛坯质量为 ８． ５ｋｇ ，采用布勒 ２８０００ｋＮ 冷室压铸机生产，材质为 ＺＬ２０１ 合金。发动机号打刻面通过 Ｘ 射线探伤和机械加工检测时均发现随机分布气孔。据统计，该企业２０１７年生产的该铸件在打刻面出现气孔不良率为 ２． ５％ 。为降低气孔率，从铝合金压铸件气孔的形成机理 和确保铸造条件出发，分析产生气孔的原因，并为解决类似的铸件气孔缺陷问题提供参考。
1汽车的气缸体主要构造
气缸体作为发动机装配基体，其结构较为复杂，通常情况下，都是采用铸铁或者是铝合金材料共同铸造形成。气缸是圆柱形的空腔，活塞可以在其内部活动。而所谓的气缸体，实际上就是由若干个气缸组合而成，按照气缸具体排列方式，气缸体可以分为以下几种形式，分别为直列式、卧式以及V形。直列式气缸体的气缸排列为一列，通常情况下，其分布方式为垂直布置；卧式气缸体的气缸一般都排为两列。其中，气缸之间的夹角是180度。V形气缸体与卧式气缸体相同，其气缸也是排列为两列，不同的是，气缸内的夹角小于180度。卧式、V形气缸体和直列气缸体比较，高度得到很大程度的降低，长度也缩短很多，其宽度也得到较为明显的增加。曲轴箱所发挥的作用是保护与安装曲轴，同时，其也能够用于进行发动机附件的安装。一般而言，曲轴箱主要有三种结构形式，在气缸体的下平面以及曲轴中心线平齐的是平分式曲轴箱。这个结构形式给加工提供极大的便利，其被广泛应用于中小型发动机中。气缸体下平面处于曲轴中心线往下的龙门式曲轴箱当中。与平分式相比，这种结构形式的刚度以及强度要大很多。然而，其存在的主要缺陷在于工艺性不理想，其主要应用在大中型发动机中。隧道式曲轴箱的主轴承座孔是整体式，无论是强度，还是刚度都非常理想。然而，不足之处在于工艺性不佳，其被应用在部分机械负荷比较大的组合式曲轴发动机中。为了能够确保发动机温度的稳定性，在水冷式发动机的气缸体与气缸盖的内部进行充水空腔的设置，这个设置也被称作水套。需要注意的是，气缸体和气缸盖当中的水套实际是相同的。但是，对于风冷式发动机而言，其在气缸体及气缸盖的外部位置都装有散热片，从而来为散热提供方便。活塞在气缸内部运动，应该积极采取有效措施来保证气缸表面有着很强的耐磨性。但是，如果利用高性能的耐磨材料进行制造，其将是一笔很大投入。因为，对于那些比较小的发动机没有进行气缸套的镶嵌，而对于那种中型甚至是大型发动机，在气缸内部通常都进行气缸套的镶嵌。通常情况下，气缸套被分为两种形式，一种是干式的，另外一种是湿式的。相对而言，干式气缸套的冷却效果不是很好，然而，其加工简单，安装也非常方便，通常情况下，其壁厚是1到3毫米。
2解决缸体压铸件气孔的措施
2.1工艺参数及模具温度的影响
铸件带渣包质量为９．５ｋｇ，料筒直径为１００ｍｍ，理论计算高速起点为５００ｍｍ，实际也为５００ｍｍ，因此高低速切换点设计合理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是，铸件打刻面区域型腔复杂，气体不易排出，为了更好地排出型腔气体，将高速起点升高１０ｍｍ，即高速起点设为５１０ｍｍ，实际的填充效果较好。利用红外线测温仪测得铸件打刻面的气孔区域模具喷涂后温度为１２０℃，较正常温度１６０～１９０℃低很多，不利于脱模剂喷涂后的水分蒸发。因此，缩短脱模剂喷涂时间，由原来的１．５ｓ改为１ｓ，同时增加空气吹拂时间０．５ｓ。更改后喷涂温度上升到１６０℃，基本达到要求。消除铸件气孔的主要对策是调整工艺参数：①高速起点由５００ｍｍ改为５１０ｍｍ；②喷涂时间由１．５ｓ降到１ｓ及增加空气吹拂时间０．５ｓ。采用上述措施，经过小批量生产验证，气孔不合格率由２．５％降低为２．３％，效果不明显。
2.2 优化模具结构设计
由于铸件打刻面气孔出现在模具前端，排气系统影响较小，因此，只优化浇注系统。可以看出，铝液在高速充填型腔的过程中有相互包裹的现象，在铸件打刻面区域形成卷气，铝液在凝固过程中被包裹的气体不能排出，从而形成气孔。通过观察模流分析可知，引起铸件充型过程卷气的原因主要有３点： ① 左边的预留浇道１先于２ 、３浇道充填，铝液到达前方形成封堵； ② 打刻面浇道 ２ 太窄，充填流量不够； ③ 浇道３相对于浇道２来说，流量较大，使得浇道３的铝液先于浇道２到达打刻面处，与浇道１的铝液形成包裹，从而卷气。因此，需要对模具浇注系统进行优化。
2.3优化熔炼工艺
铝液中的气体绝大多数是氢气。氢气的主要来源是回炉料带入的水、油污和其他杂质。在熔炼过程中，随着熔炼温度升高，气体慢慢溶解于铝液中。因此，控制铝液的氢含量首先需要保证回炉料的清洁度及投入比例，然后选择合适的熔炼温度。实际操作中的回炉料加入比例较大，超过５０％，增加了铝液的气体来源。一般来讲，铝液在熔炼过程中需要经过多次除渣以及转运前的除气处理，这是降低铝液氢含量的两个重要步骤，将直接影响铝液的氢含量。实际生产发现，除渣工艺和旋转除气工艺没有问题。此时的氢密度值为１．５（密度值越大氢含量越多），初步判断氢密度值偏高。考虑到铝液烧损率等因素，可以通过延长除气时间的方法来降低铝液氢密度值。为降低铝液的氢含量，主要采取了２个措施：①规定回炉料必须烘干且控制加入比例为３０％～４５％；②延长旋转除气时间，由２６０ｓ提高到３００ｓ。经过上述调整，铝合金的氢密度值由原来的１．５２３降为０．９２７。同时，更改铝液除气作业指导书并标准化，经过小批量生产验证，铸件打刻面气孔不合格率降低到２％，效果仍然不明显。
结语
（１）铝合金压铸件气孔通过优化铸造工艺参数、规范熔炼工艺和确保铸造条件等措施来解决。但对于发动机气缸体打刻面气孔，传统的改善措施效果不明显。（２）借助模流分析，模拟不同浇注系统的铝液充填顺序及卷气情况，通过修改浇道，改变了铝液充填顺序，卷气现象基本消除，铸件打刻面气孔率下降为０．１２％。
参考文献
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论文作者:戴成珂
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：缸体论文; 气孔论文; 气缸论文; 铸件论文; 发动机论文; 铝合金论文; 工艺论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;