程科升
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，社会在不断地进步，本文介绍了发动机进气气缸盖罩压铸件的开发过程，针对产品特点进行缺陷分析，通过对进气气缸盖罩的结构进行工艺分析，确定浇注系统和冷却系统。通过数值模拟软件进行工艺设计优化。根据设计方案，设计制造可行的压铸模具，通过产品试制和批量生产验证设计的有效性并达到了预期的效果。
关键词：压铸件；浇注系统；数值模拟；进气气缸盖罩
引言
目前，针对柴油机降噪和密封的研究大多关注于活塞的振动和噪音问题，取得了很多研究成果，而在内燃机实际运行过程中，缸盖罩壳的辐射噪声很大，气缸盖和气缸盖罩壳之间的渗漏现象长期存在，但是相关研究很少，发动机在工作运行时发出的噪声较大，而发动机的噪声主要是由发动机的零件发生振动产生的，振动越大，噪声越大。在发动机的结构设计中，缸盖罩壳是固定在刚性较大的缸盖上，缸盖由刚性材料制成，阻尼小，产生的振动较大，故噪声较大，所以缸盖罩壳所发出的噪声，在发动机的总体辐射噪声中占很大比例。在现有技术中，为了减小缸盖罩壳所发出的噪声，一般采用平面密封垫片置于缸盖罩壳和缸盖之间，以增加缸盖罩壳和缸盖之间的阻尼，减小缸盖的振动，从而降低缸盖罩壳所发出的噪声。但是，平面密封垫片对缸盖罩壳和缸盖的两个密封平面之间的平面度要求较高，而为了降低生产成本，部分缸盖罩壳是冲压成型，加工完成后，有的缸盖罩壳会产生塑性变形，使纸质密封垫片的隔离振动的效果较差，减小噪声的效果也不明显。综上所述，如何提供一种缸盖罩壳的固定装置，从而使其有效地解决缸盖罩壳振动和噪声较大的问题，是技术人员急需解决的问题。本文通过cae分析和试验验证的方法，解决了实际发动机噪音大和罩壳渗漏问题，积累了处理此类问题的经验和方法。
1产品技术要求和结构工艺分析
本项目铸件重量：0.98kg；材料要求：AlSi9Cu3（Fe）；气密性要求：加工后采用气密测试；检测气压：0.5BAR；泄漏量：<3cm3/min；外形尺寸：293.5mm×68.5mm×226.3mm；平均壁厚3.5mm，模具型腔为一模一件。2压射速度、压铸温度等工艺参数确定金属铝液温度要求为650~670℃之间。如果温度过高，则容易出现裹气；如果温度过低，则容易出现填充不足，出现欠铸等缺陷。压铸机冲头低速速度为0.25米/秒，快压射速度设定为4.3米/秒。由于高压压铸需要瞬间快速填充满型腔，速度太低易出现填充不到位影响铸件内部质量。模具温度在200~280℃之间，温度过低会导致铸件出现冷隔、欠铸等缺陷。
3浇注系统的确定
低压铸型的浇注系统要符合低压铸造金属顺序凝固的特点、应保证铸件从最远端到浇口顺序凝固结晶成形,最后由浇口代替冒口进行有效的补缩。流路系统应力求最短,阻力最小,这样才能使热量损失和动能损失最小,而不致过多的降低金属液的流动性。由于气缸体本身结构决定了即使不采用人为的方法控制铸件的凝固结晶顺序也能很好的成形,所以按照一般低压铸造的要求,将浇口设置在气缸体的上端部,液体金属从模腔壁厚处导入。为了躲开气缸体上的四只螺栓孔,浇口分四处进入型腔。中心浇口尺寸为小45毫米。
4数据模拟
1)模拟前处理根据产品的结构特点，优化浇排系统方案，通过采用MAGMA模拟软件，进行模拟分析，优化并选择最合理的浇排方案。在压铸过程数值模拟中，设定模具芯块的材料为H13钢。模具预热温度为200℃，环境温度为25℃。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆铝合金材料为AlSi9Cu3（Fe），密度为2.7g/cm3，液相线温度为585℃，固相线温度为504℃，初始温度为680℃。2)模拟结果分析进气气缸盖罩数值模拟结果如图3，从模拟结果分析，在填充尾端法兰面处只有一个渣包，排气不够充分顺畅，且该面为油泵密封面，气孔要求比较高，该位置会出现裹气现象。左滑块侧紫色位置排气不够顺畅，也会出现裹气现象。为改善以上劣势，对排气系统进一步优化，在法兰面处增加两个渣包方便排气，再次进行数值模拟。在填充尾端法兰面处增加两个渣包，左滑块侧紫色位置排气渣包调整位置，排气比较顺畅，不再出现裹气，确定采用图4浇排系统方案。
5筒型芯的设计
缸筒型芯的作用就是使气缸筒在模具中能够定位,在液体金属充型过程中不致发生位移。因为气缸筒与型芯之间,气缸筒与气缸体模具内腔之间都有间隙,气缸筒本身是一薄壁圆筒件,也有一定的不圆度。所以造成的间隙就可能是不均匀的,间隙过大就可能钻入铝水或带入涂料等污物,而下一个气缸筒装入后又可能是向隙稍小,这就使得原来粘附在型芯上的残铝或其他污物随气缸筒推到底部。用不了多少时间,当积累到超过气缸筒排气口和模具排气口型芯的间隙余量时,气缸筒就无法利用型芯定位了。为了解决这个伺题,缸筒型芯设计成在气缸筒装入后其采端有早衷环稽药幕获;使之有足够的空间可以容纳污物,只需在必要时{清理一下就可以了。这是从生产实践中得到的经验,值得往意。`一缸筒型芯设计成空心结构;它比实心的热容量小便于冷却.
6身兼三职的推杆
开模后铸件必须保证留在动模内,然后用推杆将铸件推出模具外。合模时推杆复位需要用反推杆。一般铸模中这两种推杆各负其责。推杆的顶端置于型腔内,目的是推出铸件,反推杆则置于型腔之外,顶端与分型面齐平,这两种推杆的末端皆与推杆板相连,组成一个整体。合模后反推杆将搀杆板推起,并将推杆退出型腔。L选择推杆位置,一般说来应将推杆设计在有立筋的地方。气缸体是由多层横向片堆叠而成,除了在气缸筒周围与四个螺栓孔周围外,只有在与两抖汽口相反的方向有一条立筋,因此,安放推杆可供选择的位置是极其有限的。具体说,只能安放在螺栓孔的端面上。_反推杆可供选择的位置则要宽广得多,只要离开型腔,安放在周围的固定块上即可。但气缸体是由三组活动散热片组`成、型腔,固定块导轨距离型腔较远如在这上面布置反推杆,再考虑到背后的推杆板,势必要把模具外形尺寸加大很多。.为了尽量缩小模具体积,减化模具结构,把推杆和反推杆合并为一杆,顶端与定模上的螺栓孔型芯相接触,因为有了螺栓孔型芯这一固定支承,在合模时就能起反推杆的作用了。同时,此推杆端部比螺栓孔型芯端部要大,故能当做推杆使用。又由于推杆与螺栓孔型芯顶端的锥孔相配,这样,一个推杆实际上身兼三种职能:推杆,反推杆和螺栓孔型芯的定位杆。
结语
在产品开发初期充分识别压铸件的潜在质量缺陷并采取针对性措施，能够有效避免铸件；缺陷的产生，对于内部质量要求高的压铸件，产品充填的流动模式非常重要，采用MAGMA软件先进的模拟优化确定合理的浇排系统设计，完善模具排气设计，对铸件工艺设计可以有效避免设计失误。根据改进的设计方案，设计制造了可行的压铸模具，制定了合理的压铸工艺，可有效实现稳定生产。
参考文献
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论文作者:程科升
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：推杆论文; 罩壳论文; 气缸论文; 噪声论文; 铸件论文; 模具论文; 螺栓论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;