AC4B合金低壓鑄造生產(chǎn)4G1發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋

許建輝, 李樹(shù)春, 武雪亮, 賈緒甡, 魏汝民

(1. 哈爾濱東安汽車動(dòng)力股份有限公司, 哈爾濱 150066; 2. 山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司)

低壓鑄造是一種先進(jìn)的鑄造生產(chǎn)工藝，低壓鑄造是介于壓力鑄造與重力鑄造之間的一種鑄造方法，具有金屬液充型平穩(wěn)、鑄件組織致密、工藝出品率高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，特別適合生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁鑄件，應(yīng)用非常廣泛。近年來(lái)，低壓鑄造技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新工藝和技術(shù)，改善了低壓鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了鑄件的成品率。

低壓鑄造的基本原理：金屬液在氣體壓力作用下，沿升液管自下而上通過(guò)澆道緩慢進(jìn)入充填型腔和冒口，然后增壓保壓直至鑄件完全凝固，最后解除壓力，使升液管和澆道中尚未凝固的金屬液由于自重流回保溫爐或坩堝中。

4G1發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋是我公司的主要產(chǎn)品，2008年以來(lái)，銷量逐年激增，產(chǎn)品供不應(yīng)求。降低產(chǎn)品不良率，減少?gòu)U品損失成為我公司關(guān)注的焦點(diǎn)。2010年4月，4G1缸蓋所使用的舊模具逐漸老化，新模具剛剛進(jìn)入批量生產(chǎn)狀態(tài)，對(duì)缸蓋質(zhì)量造成一定影響，鑄件產(chǎn)品合格率為95.85%，機(jī)加質(zhì)量合格率穩(wěn)定在96.82%。公司技術(shù)人員對(duì)鑄件存在的問(wèn)題做了認(rèn)真研究，提出幾項(xiàng)改進(jìn)方案，付諸實(shí)施，旨在進(jìn)一步降低鑄件內(nèi)外部不良鑄造缺陷，提高產(chǎn)品合格率。

1 AC4B合金的基本化學(xué)成分的細(xì)化

氣缸蓋低壓鑄造所采用AC4B牌號(hào)鋁合金(日本JIS5202技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))鑄造，經(jīng)過(guò)分析可知，材料成分類似于我國(guó)ZL106合金，但略有差異。表1所示AC4B合金的名義成分。

表1 AC4B合金的名義成分 /%

在4G1發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋供貨合同中，規(guī)定的AC4B合金的名義成分要求范圍相對(duì)較寬，如果在實(shí)際冶煉中仍按名義成分操作，就不能對(duì)鑄件的實(shí)際成分進(jìn)行嚴(yán)格控制，這會(huì)對(duì)鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定性存在一定的影響。我公司對(duì)AC4B合金的供貨要求的化學(xué)成分進(jìn)一步細(xì)化，合金成分控制范圍更加準(zhǔn)確，這樣可以降低實(shí)際生產(chǎn)中鑄件質(zhì)量的波動(dòng)。表2是AC4B合金的成分細(xì)化后的要求值。

表2 AC4B合金的成分細(xì)化值 /%

在相同熔煉精煉條件下，精煉溫度(710±10)℃、精煉時(shí)間(600±20)s、精煉轉(zhuǎn)速200～300rpm、氬氣流量(20±5)l/min。經(jīng)過(guò)化學(xué)成分細(xì)化，顯微鏡下組織相同，對(duì)AC4B合金鑄件的機(jī)械加工性能沒(méi)有明顯的不良影響。

2 澆注條件的分析與探索

我公司低壓鑄造基本工藝：制芯-合金熔煉-模具準(zhǔn)備-澆注-熱處理-除砂-切割澆冒口-清理。低壓鑄造機(jī)、模具與合金材料是低壓鑄造生產(chǎn)工藝的三大要素，決定低壓鑄造件的質(zhì)量。低壓鑄造的核心在于澆注工藝，包括升液、充型、增壓、保壓、卸壓和冷卻幾個(gè)階段。低壓澆注的主要工藝參數(shù)有壓力、溫度和時(shí)間，其中壓力控制比較重要，低壓鑄造中，如果鑄型內(nèi)排氣順利，則壓力每上升0.001kg/cm2，升液管內(nèi)的鋁液上升4mm，對(duì)澆注過(guò)程及鑄件質(zhì)量的影響最大。通過(guò)改變澆注壓力和調(diào)整鋁液從進(jìn)入型腔到充滿型腔的速度，來(lái)改善4G1缸蓋產(chǎn)品鑄件質(zhì)量。

表3為三組4G1缸蓋產(chǎn)品鑄件的試驗(yàn)結(jié)果，第二、三組的機(jī)加性能優(yōu)于第一組。增加第二、三組試驗(yàn)鑄件數(shù)量，考察試驗(yàn)的重現(xiàn)性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，適當(dāng)減小鋁液沖入型腔速率、增加充型后的壓力，對(duì)鑄件質(zhì)量有所改善。后來(lái)經(jīng)過(guò)幾個(gè)批次試驗(yàn)，氣密性不良率可達(dá)到0.17%，試驗(yàn)前景看好。

表3 壓力參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

表4 壓力參數(shù)重現(xiàn)性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

低壓鑄造缸蓋的根本還是在于建立順序凝固的溫度場(chǎng)，如何能夠保證順序是解決缸蓋缺陷的關(guān)鍵。因此，應(yīng)該在冷卻系統(tǒng)上、模具結(jié)構(gòu)上考慮如何實(shí)現(xiàn)順序凝固。調(diào)整澆注壓力與鋁液速率，適當(dāng)減小鋁液沖入型腔速率和增加充型后的壓力，對(duì)改善鑄件質(zhì)量，提高現(xiàn)場(chǎng)鑄造條件的穩(wěn)定性、兼容性具有重要作用。