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?xì)鉅t，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(jìn)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(hào)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(cè)出爐前合金液成分；合金液在熔化爐保溫室內(nèi)進(jìn)行720℃保溫，在進(jìn)行爐內(nèi)精煉除渣之后，出爐到轉(zhuǎn)運(yùn)澆包內(nèi)；在轉(zhuǎn)運(yùn)澆包內(nèi)采用氮?dú)猓?9.99%）＋旋轉(zhuǎn)除氣裝置進(jìn)行除氣處理，可凈化合金液內(nèi)部殘存氣體及殘?jiān)?；通過(guò)含氣量檢測(cè)裝置進(jìn)行除氣效果評(píng)價(jià)，密度指數(shù)＝（1-ρ真空/ρ常壓）*100，控制標(biāo)準(zhǔn)為≤1。壓鑄模及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)模具采用六面抽芯結(jié)構(gòu)，主要由定模部分、動(dòng)模部分、成形部分、澆注系統(tǒng)、抽芯機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)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(dá)到45以上，通過(guò)表面氮化處理后，壓鑄模具的壽命可達(dá)10萬(wàn)次以上。通常缸體壓鑄件的澆注系統(tǒng)有兩種形式：?jiǎn)蝹?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(guò)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(jī)及壓鑄工藝為獲得高品質(zhì)壓鑄件，溫度、速度、壓力、時(shí)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(guò)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(guò)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(shí)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(guò)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(tái)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(duì)壓射工藝參數(shù)的變化非常敏感。速度過(guò)高容易造成鑄件中的氣體增加；過(guò)低則容易造成充填不良。壓射壓力過(guò)低，鑄件中氣孔、縮孔等缺陷增加；壓力過(guò)高，飛邊及毛刺等缺陷增加，對(duì)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(duì)鑄件實(shí)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(jī)，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(shí)間控制充填時(shí)間長(zhǎng)短取決于鑄件體積的大小和復(fù)雜程度，充填時(shí)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(shí)間最終體現(xiàn)為2級(jí)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(jìn)入凝固成形階段，此時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行增壓，使合金液在高壓下凝固結(jié)晶，大噸位壓鑄機(jī)建壓時(shí)間控制在30ms以內(nèi)，小型壓鑄機(jī)可達(dá)到10ms。持壓時(shí)間的長(zhǎng)短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚。持壓時(shí)間過(guò)短容易產(chǎn)生氣孔、縮松；持壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則鑄件溫度低，收縮大，抽芯和頂出鑄件時(shí)的阻力大，不僅出模困難，同時(shí)容易引起鑄件開裂，一般取30s。壓鑄自動(dòng)化生產(chǎn)單元的實(shí)現(xiàn)壓鑄機(jī)配備有澆注機(jī)械手、噴涂機(jī)器人、取件機(jī)器人、切邊機(jī)等周邊附屬裝置，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，單件節(jié)拍為110s。①合金液保溫通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)澆包將成分、含氣量合格的合金液轉(zhuǎn)至壓鑄機(jī)前保溫爐內(nèi)進(jìn)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(dòng)液壓切邊機(jī)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(guò)24h自然時(shí)效后T5處理，可以達(dá)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(guò)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(guò)化學(xué)成分和溫度的正交試驗(yàn)，以確定工藝方案。硬度測(cè)量點(diǎn)見圖1中A、B兩點(diǎn)。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(duì)毛坯進(jìn)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(jī)加后的零件需要進(jìn)行試漏，分為水套試漏、高壓油道、低壓油腔。試漏過(guò)程主要分為充氣、穩(wěn)壓、測(cè)量、排氣四個(gè)階段。8.浸滲針對(duì)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(jìn)行浸滲處理，使有機(jī)浸滲液填補(bǔ)進(jìn)鑄件的細(xì)