电磁泵砂型低压铸造发动机凸轮轴缸的工艺研究

电磁泵砂型低压铸造发动机凸轮轴缸的工艺研究

通过对乌克兰引进的电磁砖压裂压造件的测量实验和电磁砖充装工艺的研究，结合汽车燃料盖中带的内腔结构复杂、形状多变、壁厚不均、工作条件差等特点，本文采用锆砂pepset树脂自硬砂制芯技术研究了电磁泵压裂压裂压裂式汽塞的应用。结果表明,由于平稳的电磁泵充型低压铸造和锆砂型的激冷作用,铸件的综合机械性能得到良好改善,减少了铝铸件的铸造缺陷,提高了铸件的尺寸精度和表面质量。1高温和高温下工作特性发动机工作时,燃气在燃烧室内爆燃,产生的压力峰值高达7MPa以上,这个压力通过气缸体与缸盖之间的连接螺栓作用于气缸盖。气缸盖在发动机工作过程中处于高温状态下,承受较大的热冲击作用和应力集中,其工作条件较为恶劣。另外,车用发动机气缸盖是一种内腔结构复杂、形状多变、壁厚不均匀的铸件,其冷却水道壁厚通常为4mm～5mm,尺寸精度和表面光洁度要求较高。为了保证气缸盖性能和铸件质量,满足其尺寸精度和表面质量,减少铸件缺陷,采用先进的电磁泵充型低压铸造工艺和热稳定性好、激热膨胀率很小的锆砂/PEPSET树脂自硬砂制芯技术具有非常重要的意义。2磁体的工作原理和参数的测量2.1电磁泵充型低压铸造系统电磁泵的原理是利用导电流体中的电流和磁场的作用,把电磁推动力(洛仑磁力)直接作用在金属液体上,使之发生定向移动;其主要参数是电磁铁磁场间隙的磁感应强度B和流过液态金属的电流密度j,它们与电磁泵的主要技术性能指标——压头(Δp)间的关系见式(1),电磁泵原理见图1。Δp=∫L00LjxBydx,(1)图2所示的电磁泵充型低压铸造系统可使Al液在与外界完全隔绝的状态下进行升液和充型,使Al液与H2,O2接触的条件完全丧失,有利于提高铝合金纯净度,获得高质量的低压铸件;与现有的气压式低压铸造设备相比,该系统不用气压升液、充型;浇注时,可通过调节电流的大小有效地控制升液和充型速度,使合金液充型平稳,减少或避免气压式低压铸造由于气压波动使合金液在充型时翻腾、冲击、飞溅现象,减少了氧化渣的形成,避免或减少了铸件缺陷,提高气缸盖铸造质量。电磁泵系统应用于铸造生产,具有结构简单、可靠、工艺参数可调、噪声小、易实现铸造过程自动化等优点,特别适用于复杂铝合金件的铸造。2.2磁体制造工艺参数的测量2.2.1电磁泵升液电流静压头Δp是电磁泵建立压头的重要工艺参数。为了测定方便,采用测量Al液柱高ΔH的方法。Al液柱高与静压头间关系为ΔH=Δp/9.8ρ,式中ΔH是保温炉与测量管内Al液面差,单位是mm;Δp是电磁泵产生的静压头,单位是Pa;ρ是Al液密度,单位是kg/m3。试验时熔化Al液250kg,熔化温度740℃左右。图3示出电磁泵升液电流与静压头Δp关系。试验结果表明,在磁感应强度不变的情况下静压头Δp与升液电流成线性关系,使用电磁泵浇注时,可通过调节电流大小来控制充型压力。2.2.2电磁泵流量测试影响电磁泵流量的因素很多,如静压头的大小、Al液粘度、保温炉内Al液位高度、流槽结构及传输系统结构和表面状况等。在大型复杂铝铸件电磁泵充型工艺中,不仅要保证足够的充型压力,还要保证有足够的流量在一定的时间内平稳地充满铸型型腔,为此对引进电磁泵流量进行测定。试验是在测量管上离工作台高度分别为25mm,300mm,500mm处开设出液口,图4为3个出液口高度下电流与流量的关系曲线。试验结果可以看出,3条曲线斜率基本相同,所以在同一个出液口高度下,升液电流与流量成线形关系;当电流大小一定时,随出液口高度增加,电磁泵的流量减小,因此在不同的出液口高度要想得到相同的流量,可通过改变电流来调节。3磁浮液-低压混凝土泵砂制造3.1et树脂自硬砂应用前景展望重型车用发动机缸盖属于大型复杂铝合金铸件。目前采用的造型制芯材料容易产生气孔、渗漏、粘砂等铸造缺陷;铸件尺寸精度低;表面质量差。锆砂/PEPSET树脂自硬砂反应滞后,流动性好,复杂铸型型腔轮廓清晰;一旦硬化反应开始,硬化速度快,强度高,起模时不易粘砂,表面质量好;发气性小,可减少铸造气孔缺陷;溃散性好,铸件清砂容易,可大大减少铸件清理工作量,改善工人的劳动条件。采用锆砂/PEPSET树脂自硬砂作水道和气道型芯密度大,激热膨胀率很小,浇注时没有型壁移动,铸件型腔尺寸容易保证,精度高,可防止渗漏;另外,由于锆自硬砂型的蓄热能力强,有利于提高铸件的机械性能和抗疲劳性能。3.2充型速度的数值计算充型速度是低压铸造的重要工艺参数之一,在升液管出口截面积一定的情况下,充型速度就取决于作用在合金液面上压力的增长速度(加压速度)。充型速度太快,合金液进入型腔时势必出现冲击喷溅和翻腾现象,造成铸件有氧化夹杂和气孔缺陷;反之充型速度太慢,则有可能使铸件产生冷隔和欠铸等疵病。为了分析计算质量为46kg,体积在600mm×400mm×250mm发动机缸盖的充型工艺,绘制了该铸件的体积随高度变化的体积份额图(见图5)。从图5可以看出,铸件内部的截面积上下大,而中间部分截面变化较平缓。充型过程中要求Al液的加压速度控制严格,具体操作由计算机控制。通过分析计算所得的时间充型高度及充型压力关系如图6所示。采用电磁泵充型可通过控制电流大小来实现平稳的充型速度。结壳后的增压和保压是采用压缩空气完成的。3.3u2004低压铸造检测结果电磁泵充型砂型低压铸造发动机缸盖铸件本体上解剖的试样试验表明其抗拉强度大于280MPa,延伸率大于2.5%,疲劳性能测定结果:б-1平均值等于94.6MPa,N=(2.5×107)次。图7是采用无损检测电子直线加速器高能射线数字成像系统探测发动机缸盖铸件主要部位所拍摄的图象。铸件内部结构轮廓清晰,没有发现气孔、夹渣和裂纹等缺陷;铸件经过大于490kPa水压试验无渗漏。应用电磁泵充型砂型低压铸造设备,通过合理的熔化、Al液的复合净化处理及有效的检测控制,能够铸造出高品质的大型复杂铝铸件。4新型汽车充型过程4.1电磁泵的静压头Δp的大小与电流大小成线性关系。当出液口高度大于300mm时,电磁泵的最大流量为6kg/s。4.2电磁泵充型过程可结合铸件特点通过调节电流的大小方便准确地控制加压速度,使合金液充型平稳