鋁合金缸蓋的工藝優(yōu)化研究

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摘 要：隨著制造業(yè)的發(fā)展，壓鑄件的制造發(fā)展也比較迅速，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)以及儀器儀表等制造行業(yè)。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(fā)動機(jī)缸蓋壁厚不是很均勻，制造時容易發(fā)生開裂、氣孔以及粘膜等不良現(xiàn)象。所以在制作過程中必須對原來的工藝方式進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，提高鋁合金缸蓋的制作質(zhì)量。本文主要分析鋁合金缸蓋的工藝優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：鋁合金；缸蓋；工藝優(yōu)化；

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

壓鑄件的制作需要在先進(jìn)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(wěn)性，只有這樣才能獲得更加優(yōu)質(zhì)的鑄件。傳統(tǒng)的鑄造工藝已經(jīng)不能適應(yīng)社會發(fā)展需求，很難根據(jù)產(chǎn)品的產(chǎn)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(zhì)量，我們在這里對鋁合金缸蓋的工藝進(jìn)行優(yōu)化升級，準(zhǔn)確的確定鑄件的工藝參數(shù)，從壓射比壓、材料成分等方面對鑄件工藝進(jìn)行改進(jìn)，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(jié)構(gòu)比較復(fù)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(shù)要求比較高。缸蓋一般有進(jìn)/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(fā)動機(jī)缸蓋模型，質(zhì)量0.7kg，體積266cm3，外形尺寸為：115mm×110mm×41mm，壁厚：3mm-13mm不等，年產(chǎn)量為40萬件。

一般情況下，在鑄件制作過程中出現(xiàn)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?yàn)榈蛪鸿T造工藝方法操作簡單、設(shè)備廉價，產(chǎn)品致密性好、內(nèi)部缺陷少、表面光潔等優(yōu)點(diǎn)，但是低壓鑄造不利于大規(guī)模生產(chǎn)，它膜溫比較高，凝固速度慢，鑄造周期一般比較長，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。為了解決這方面的問題，可以對低壓鑄造工藝進(jìn)行改造，解決成本和產(chǎn)能問題。

二、壓鑄工藝優(yōu)化

（一）鑄件材料。乘用車發(fā)動機(jī)缸蓋一般采用鋁合金材料，化學(xué)成分主要由鋁、鋅、鎂、鐵等元素構(gòu)成，在壓鑄的過程中要根據(jù)其材料成分進(jìn)行嚴(yán)格的壓鑄。另外，在壓鑄的過程中可能容易發(fā)生粘膜、氣孔、裂紋等現(xiàn)象，廢品率高達(dá)80%左右。經(jīng)過仔細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)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(fā)生氣孔、粘膜的等缺陷；當(dāng)鐵元素含量在1.0%以上，壓鑄件容易發(fā)生開裂現(xiàn)象；而當(dāng)鐵元素含量在0.7%-1.0%之間時，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的產(chǎn)品合格率。為了提高鑄件的合格率，對鑄件材料成分進(jìn)行改變，以便改變其力學(xué)性能。我們先利用萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果要求伸長率在1.4以上，抗拉強(qiáng)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(yàn)成功。然后根據(jù)測試報(bào)告分析得出材料改變之后鑄件材料的伸長率、抗拉強(qiáng)度以及屈服長度均在要求范圍之內(nèi)。

（二）內(nèi)澆口寬度的優(yōu)化。內(nèi)澆口參數(shù)的優(yōu)化主要包括其長度、厚度以及寬度的優(yōu)化，通過對內(nèi)澆口寬度與長度經(jīng)驗(yàn)值的分析可知（內(nèi)澆口寬度與長度經(jīng)驗(yàn)值如表一），內(nèi)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(guān)聯(lián)性。如果內(nèi)澆口的寬度太大，會增加液流阻力，導(dǎo)致壓力不易傳遞，增加保溫時間，降低鑄造效率；如果內(nèi)澆口的寬度太小，容易發(fā)生噴濺現(xiàn)象，加快內(nèi)澆口的磨損速度。但是如果試模過程中選擇2mm寬度的內(nèi)澆口寬度，鑄件往往會出現(xiàn)氣孔、澆注不足等缺陷，導(dǎo)致鑄件結(jié)構(gòu)縮松，仍然不能提高產(chǎn)品合格率。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，將內(nèi)澆口寬度設(shè)計(jì)為4mm，采用大流量進(jìn)料方式進(jìn)行澆鑄，預(yù)防上述缺陷的出現(xiàn)時，內(nèi)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(zhì)量，往往會采用提高壓射比壓的方法，特別是在內(nèi)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(nèi)。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(dǎo)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(xiàn)，我們還需要改進(jìn)填充過程，在金屬液充滿型腔的0.01s內(nèi)剎車保壓3s。

（四）設(shè)定壓鑄工藝參數(shù)。在本次工藝改造中我們采用IMPRESS-3系列1600kN壓鑄機(jī)，然后在不斷的優(yōu)化過程中確定壓鑄工藝參數(shù)，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(jié)語

通過對以上工藝過程的改進(jìn)與優(yōu)化，對發(fā)動機(jī)缸蓋的平面氣孔進(jìn)行測試，確定工藝優(yōu)化效果，本次工藝優(yōu)化檢驗(yàn)結(jié)果是產(chǎn)品合格率達(dá)到95%左右，取得較好的工藝優(yōu)化效果。對于發(fā)動機(jī)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(nèi)澆口等方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，改進(jìn)工藝參數(shù)，提高鑄件質(zhì)量，和產(chǎn)品穩(wěn)定性。

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