汽车发动机链箱盖低压铸造工艺开发应用.pdf

机电工程技水2011年第40卷第07期
研究与开发
汽车发动机链箱盖低压铸造工艺开发应用
胡志伟,耶军
(广东筆庆动力技研有限公司,广东肇庆510000
摘要:根据汽车发动机链箱盖的特点,分析了铸件的结构、相对于重力铸造而言低压恃造的优缺点、原材料的选用、凝固特点
顺序凝固条件和排气等问题,并根据低压铸造的特点,提出了解决问题的具体方案。
关键词:链箱盖;低压铸造;模具设计;工艺参数;不良对策
中图分类号:U464.13
文献标识码:B文章编号:1009-9492(2011)07-0079-06
随着世界能源的日趋紧张,汽车轻量化已成为世界汽
链箱盖的铸造方法可以用重力铸造、低压铸造、砂型
车工业可持续发展的重要课题。如何在成本控制与性能改
铸造等,本产品原供应商采用砂型铸造,由于砂型铸造成
善前提下,通过结构设计与各种材料和制造技术的集成应本高、效率低、环境污染大,并且外观粗糙,失去了竞争
用,达到汽车产品的减负去重,实现能耗最低,是涉及汽能力。根据该产品的结构特点和笔者所在公司独特的低压
车设计、材料和制造技术的一大系统工程,受到世界汽车铸造技术优势,采用低压铸造工艺技术生产该产品。目前
制造业的关注。轻量化已被证明是汽车节能减排的关键技
该产品年产30万件,出口美国配套克菜斯勒发动机,笔
术路线,汽车自重减少10%,可降低油耗6%~8%,降低者所在公司也是全球首家独创性采用低压铸造工艺技术生
二氧化碳排放量13%。克莱斯勒作为美国三大汽车集团之
产该类产品的厂家。
,在节能减排方面做出了积极的行动,他们通过结构设1相对于重力铸造而言低压铸造的优缺点
计以及原材料改善对许多零部件进行改进,以实现汽车发
(1)优点
动机的轻量化,链箱盖就是其中的一个重要零部件(为全
1)材料利用率非常高(低压:85%~95%;重力
铝合金设计,如图1所示)。结构设计的特点是发动机时
规链盖及冷却水泵壳集成在一个零件上,减少了零件和密
由于没有冒口和浇道,浇口较小,因此可以大幅度降
封面,结构更紧湊,提高了发动机的刚性和强度,但同时
低材料费和加工工时。
提高了铸造的难度。由于水泵売体和水道需要砂芯造型,
2)容易形成方向性凝固,内部缺陷少。易获得完美
排除了采用高压铸造的可能性。
的铸件。
3)气体、杂物的卷入少。可以改变加压速率,熔汤
靠层流进行充填。
4)可以使用砂制型芯
5)容易实现自动化,可以多台作业,多工序作业。
6)不受操作者熟练程度影响。
7)材料的使用范围广。
(2)缺点
1)浇口方案的自由度小,因而限制了部分产品(浇
口位置、数量的限制,产品内部壁厚变化等
如左图所示,铸件采用全铝合金设计
绿色线内为水道,全部为如上图的砂さ
2)对管理要求较高(需要全面的严密管理,包括模
成型工艺
具方案设计、模具涂料喷涂、模具及铝液温度条件、冷却
图1产品结构图
条件、加压参数等)
收稿日期:2011-06-02
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研究与开发
加电工理技术2011年第40卷第07期
根据如上的优缺点,从Q、C、D及产品的品质(致
密性要求高)要求综合考虑,低压铸造是链箱盖铸造较为
内厚较摩,故设定
为浇口位置,其他
理想的选择。
两个同样如此
2材料
离口最远的位
置充型不足
链箱盖铸件采用ASTM标准A356铝合金,机械性能
的设计要求较高(抗拉强度≥250MPa,屈服强度≥
152MPa,延伸率≥3%,表面硬度HB8015)。
浇口位
A356属于铝硅系合金,是含硅量较低的亚共晶合金,
铸造性能不好,收缩大,易形成缩孔。由于添加了合金元
素,在提高强度的同时形成热裂的倾向也加大,因而大大
提高了铸造的难度。在生产中发现,合金精炼和适当降低
合金浇注温度是减少热裂、缩裂的有效措施,众所周知,
要增加冒口
合金中氧化皮和含气量减少将提高合金的流动性,而浇注
温度降低将减少合金充型后总收缩量,因此采用合理的模
具设计及工艺条件是产品开发成功的关键核心。
图2浇口分布图
图3冒口位置示意图
3模具方案的制定
低压铸造的产品设计基本要求是将壁厚整体均匀化,
型,在上型面处的光身孔及螺纹孔位置增加预铸销,以增
或是将壁厚的分布考虑容易实现方向性凝固的地方。也就
加上型对制品的抱紧力。
是说对于浇口而言,断面从小到大逐渐变化是产品设计的
3.4模具排气
必要条件,因此如果产品在性能上无法达到进行这种设计
低压铸造的最大特点之一就是在铝水缓慢上升充满型
的要求,最好避免使用低压铸造法进行生产。从链箱盖的
腔的同时,能将型腔中的气体逐步排除,从而获得优质铸
产品结构来看是基本符合以上规律的。
件。不过这只是理论上的设想,实际上对复杂的铸件很难
3.1模具的选材及壁厚
达到这种境界。这是因为:(1)铸件有的部位较薄,充
由于低压铸造相对于其他铸造类型来说,模具温度偏
型速度缓慢会使壁薄处铝水动能损失较大而出现流动不良
高,如果用一般的材料容易产生模具变形,带来尺寸上的
等现象;(2)模具温度低或涂料局部脱落会使铝水急速
不稳定因素,所以模具在选材上选用了进口H13调质材
冷却;(3)铝水温度低,流动性达不到充型要求。因此
料,其硬度HRC30-36,韧性较好。为提高模具寿命,减
在模具温度较低或铝水温度较低的情况下就需要提高充型
少拉伤等现象的出现,在表层进行氮化处理(渗氮层厚度
速率,而充型速率的提高就不可能使液面平稳上升,从而
达0.24mm,其中白亮层厚度为10um,表面硬度为950HV
将气体从型腔中顺利排出,也就不可避免地会将空气包围
(约67HRC)。在模芯处,模具壁厚要减薄,以减少模具蓄
在模具中而难以排除,这就对铸型的排气提出了更高的要
热能力,提高该位置模温,以形成顺序凝固所需温度场。
求。在低压铸造模具的常规设计中,除了在铸件的上端利
3.2浇口及冒口方案
用顶针间隙排气和安装排气塞排气外,在某些一般看来成
链箱盖的铸造方案还算比较单纯的,但必须充分考虑
形不成问题的地方也需要安装排气塞,这些位置上的排气
铸件整体的方向性凝固。浇口的位置应该是铸件整体的最
塞往往只需要安置在下型即可,如果不单纯为了排气,同
大壁厚位置,并且分布均匀化,在远离浇口的位置(如图
时也为了加速冷却时,则上下型均需安装排气塞,并且最
2所示),如果壁较厚,充型不足时,则需要添加冒口(如
好采用铜排气塞。模具排气分为以下几种:排气塞排气、
图3所示)。
排气销排气、ッ型槽排气和平面槽排气(如图4所示),间
3.3拔模斜度方案
隙一般在0.15-0.2mm之间,具体使用哪种排气方式需要
根据排气的位置而定。
低压铸造模具的浇口在下方,下
型部分通过升液管与保持炉连接,所
以不能使用挤压结构,而采用把铸件
放在上型的方法,下型的温度很高,国气
因此拔模斜度需要比其它类型的模具
排气塞排气
排气销排气
做的大一