0 引言

近年來，節(jié)能減排已經(jīng)成為了時(shí)代風(fēng)潮，汽車輕量化也是 大勢(shì)所趨，在這兩大背景之下，鋁合金材料在汽車中的運(yùn)用越 發(fā)廣泛，借助壓鑄成型的汽車零部件越來越多。作為轎車的 核心部件，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體大多采用鋁合金和鑄鐵為材料，其中壓 鑄鋁合金缸體得到了越來越多的認(rèn)可，日韓和歐美的汽車公 司大多都運(yùn)用壓鑄鋁合金缸體。

在缸體生產(chǎn)領(lǐng)域，普通砂型鑄鐵缸體具有工藝簡單、 成本 低、 剛性和耐熱性好的優(yōu)點(diǎn)，但也有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是重量過 大。如將缸體下方的曲軸和上方的缸套一分為二，下面使用鋁 合金而上面使用鑄鐵，就可一舉兩得，既減輕了缸體質(zhì)量，又 可保持鑄鐵缸體的優(yōu)點(diǎn)。

下缸體，就是指經(jīng)過這樣一分為二之后發(fā)動(dòng)機(jī)下部的曲 軸部分。由于下缸體是厚壁零件，且壁厚差別大，因此壓鑄成 型的難度非常大。我們借鑒國內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)一型1.5T 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)了一套下缸體壓鑄技術(shù)，試驗(yàn)非常成功。

1 鋁合金下缸體壓鑄難點(diǎn)

該鋁合金下缸體鑄件質(zhì)量為8.4 kg，輪廓尺寸為382 mm× 258 mm×67 mm，壓鑄質(zhì)量為11.1 kg，材質(zhì)為A380，平均壁厚 為7.2 mm。由于下缸體與曲軸相連接，因此在底部還需要放置 鑄鐵嵌件。

下缸體鑄件壓鑄工藝復(fù)雜，其難點(diǎn)主要有如下幾點(diǎn)：

第一，鑄件需要置入5件鑄鐵鑲嵌件，鑄鐵鑲嵌件要完美 地鑲嵌在鋁合金鑄件之上，不能發(fā)生分離的現(xiàn)象。

第二，下缸體鑄件壁厚最薄處薄至 2 mm，最厚處厚達(dá) 24 mm，分布嚴(yán)重不均。

第三，由于鑲嵌件兩側(cè)壁厚差別大，給鋁合金液的流動(dòng)充 型帶來了非常大的難度，同時(shí)也考驗(yàn)著其補(bǔ)縮能力。

第四，鋁合金鑄件容易發(fā)生氣孔、 縮孔、 裂紋、 縮松等缺 陷，質(zhì)量控制較難。

2 鋁合金下缸體壓鑄技術(shù)要點(diǎn) 根據(jù)試驗(yàn)分析，我們認(rèn)為下缸體的壓鑄生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)主 要有如下幾點(diǎn)：

第一，科學(xué)設(shè)計(jì)缸體壓鑄件的澆注系統(tǒng)，下缸體中間放置 鑲件位置為薄壁，上下部分為厚大部位，因此我們選擇單側(cè)澆 注，這樣一來，鋁液可由底側(cè)進(jìn)料，流經(jīng)中部鑲件后抵達(dá)頂部。

第二，我們運(yùn)用了齒形激冷排氣塊真空壓鑄，齒形激冷排 氣塊與真空機(jī)合用可改善因兩側(cè)壁薄引發(fā)的流動(dòng)性不足問 題，確保了鑄件品質(zhì)良好。

第三，為提高鋁合金液體與鑄鐵鑲嵌件的潤濕程度，我們 進(jìn)行了鑲嵌件預(yù)熱，這樣不但保證了成型后鑄鐵件與鋁合金 不分離，還提高了鋁液的流動(dòng)性。

經(jīng)過試驗(yàn)，我們獲得的下缸體內(nèi)部組織致密，且外觀成型 良好。在下缸體壓鑄過程之中，科學(xué)合理的工藝參數(shù)是獲得高 品質(zhì)下缸體的保障。我們認(rèn)為以下工藝參數(shù)是鑄件成型的關(guān) 鍵影響因素：

第一，壓鑄溫度。在壓鑄過程中，鋁液溫度應(yīng)控制良好，因 為溫度過高或過低都不能取得良好的鑄造效果，過高易導(dǎo)致 縮孔及縮松，過低則容易引發(fā)充型不良。通常來說，鋁液合理 溫度應(yīng)在650～665 ℃之間，而模具噴涂后的溫度應(yīng)在150～ 200 ℃之間。

第二，鑲嵌件溫度。當(dāng)鑲嵌件達(dá)120～140 ℃時(shí)，鋁液溢流 槽側(cè)的一邊，這樣可以改善內(nèi)部品質(zhì)。

第三，壓鑄快、 慢壓射速度和壓力。應(yīng)將快壓射和慢壓射 速 度 分 別 控 制 在 4 m/s左 右 和 0.22 m/s左 右 ，壓 力 控 制 在 70 MPa左右。

第四，鋁液品質(zhì)。作為鑄件的基礎(chǔ)材料，鋁液的品質(zhì)決定了鑄件的品質(zhì)，因此要確保鋁合金液品質(zhì)，每包鋁液都必須進(jìn)行精煉除氣處理，避免污染。

3 鋁合金下缸體壓鑄缺陷及應(yīng)對(duì)

在鑄件成型之后，我們對(duì)鑄件進(jìn)行X射線檢測，發(fā)現(xiàn)鑄件 存在一些內(nèi)部缺陷，諸如縮孔、 氣孔、 縮松等。為了改善缺陷， 提高品質(zhì)，我們提出了相應(yīng)對(duì)策，其主要方向如下：

第一，改進(jìn)溢流槽結(jié)構(gòu)。溢流槽具有排除型腔中的氣體、 儲(chǔ)存混有氣體、 轉(zhuǎn)移縮孔/縮松部位等作用。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)研 究，我們發(fā)現(xiàn)可以采用延長和增設(shè)溢流槽等手段改善縮孔、 氣 孔等缺陷。由于鑄件中部縮松現(xiàn)象較多，溢流口如設(shè)置于大平 面上，填充壓力將受到影響，所以通常選擇豎形溢流口。

第二，優(yōu)化模具冷卻系統(tǒng)。鑄件縮孔一般會(huì)在局部溫度過 高或壁厚過大的位置上出現(xiàn)。通過研究我們發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)壁厚較 大的地方溫度偏高，易引發(fā)縮孔。由于最初選用的最小點(diǎn)冷管 直徑為12 mm，無法有效冷卻上述位置，因此，我們對(duì)冷卻水管 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，運(yùn)用了高壓冷卻設(shè)備和內(nèi)徑4 mm的不銹鋼 點(diǎn)冷管。我們將鑄件兩側(cè)中部的模具型芯冷卻至180 ℃左右， 大幅減少了縮孔現(xiàn)象，大大提高了鑄件的品質(zhì)。

第三，改善鑲嵌件分離現(xiàn)象。針對(duì)鑲嵌件與鋁合金鑄件間存在的分離現(xiàn)象，我們采取了以下手段：首先，使用稀釋劑對(duì)鑲嵌件進(jìn)行清洗，提高潤濕性；其次，對(duì)鑲嵌件實(shí)行定位孔檢 查和外觀檢查，用鋼絲對(duì)部分銹斑鑲嵌件除斑；其三，對(duì)鑲嵌 件進(jìn)行預(yù)熱試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度達(dá)到120 ℃以上時(shí)，可有效 解決鑲嵌件分離問題。

第四，選擇合適的壓鑄脫模劑。由于鋁合金下缸體容易出現(xiàn)的縮孔、 氣孔、 縮松等現(xiàn)象，選擇合適的壓鑄脫模劑作為壓鑄工作介質(zhì)，能有效的減少縮孔、 氣孔、 縮松等缺陷的產(chǎn)生，提高壓鑄工件合格率。

4 結(jié)語

近年來，隨著我國節(jié)能減排政策的推進(jìn)和汽車輕量化的 大勢(shì)所趨，鋁合金材料在汽車中的運(yùn)用越發(fā)廣泛，借助壓鑄成 型的汽車零部件越來越多，其中就包括汽車的核心部件—— 發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)前，使用鋁合金鑄造下缸體已經(jīng)成為了一種潮流， 這樣可減輕缸體重量，獲得更好的缸體品質(zhì)。但由于下缸體 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚差別較大，因此鋁合金下缸體壓鑄成型的難 度較大。

本文通過試驗(yàn)研究，分析了鋁合金下缸體存在的壓鑄技 術(shù)難點(diǎn)，并提出了科學(xué)設(shè)計(jì)缸體壓鑄件澆注系統(tǒng)，運(yùn)用齒形激 冷排氣塊真空壓鑄技術(shù)，進(jìn)行鑲嵌件預(yù)熱等鋁合金下缸體壓 鑄技術(shù)要點(diǎn)。另外，還總結(jié)了鋁合金下缸體出現(xiàn)的縮孔、 氣孔、 縮松等壓鑄缺陷，并提出了相關(guān)應(yīng)對(duì)策略，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合 金下缸體的壓鑄工作提供了理論參考。