汽车发动机铝缸铸造工艺

汽车发动机铝缸铸造工艺

在铝制造行业，汽车燃料铝涂层是一种结构复杂、厚而均匀的材料。金属壁的厚度通常为3.3.4.5mm（最薄的部分约为2.5mm）。尺寸精度和力学性的要求非常高，不同类型的盖层结构和形状也不同。因此，铝罐的制造工艺非常复杂。目前,常用的铸造方法有:①金属型重力铸造法;②金属型低压铸造法;③砂型铸造法;④消失模铸造法等。本文仅就目前较常用的金属型重力铸造法作一简要介绍。1反射炉及阻燃炉铝合金的熔化设备概括起来可分为4种:①工频电炉或中频电炉;②燃油反射炉;③燃煤反射炉;④燃气炉。采用工频电炉设备,熔化率一般为300~350kg/h,中频电炉的生产率为500~600kg/h,因铝水在炉内产生翻腾现象,所以在铝液表面氧化膜不破坏的前提下,铝水成分均匀,氧化、吸气倾向较小,氧化烧损率一般为2%~3%;由于工频炉或中频炉产生强烈的磁场,对铝水测温仪表产生感应,因此影响测温仪表的精度,所以难以控制铝水温度,大多数靠操作者经验掌握,使工频炉或中频炉的使用受到一定的限制。另外,由于其电器控制及冷却系统复杂,给设备维修带来很多困难,造成设备故障率高。燃油或燃煤的反射炉,多用于规模较小的企业。其特点是操作简单、加料方便、熔化效率高,但氧化、吸气现象较为严重,氧化烧损率一般为4%~5%,难以控制铝水温度,而且在炉前一般都有过滤装置,出炉时铝水必须过滤。由于热效率较低,所以浪费能源,环境污染也很严重。目前较为普遍使用的是燃气炉,燃烧气体多为城市煤气或天然气。国内几家大型铝铸造厂使用的都是进口德国STRIKO公司的高效燃气炉。该炉特点是:热效率高(55%左右)、金属烧损低(不超过2%),金属液品质高,成分均匀、偏析倾向小、温度控制准确。设备具有自动加料小车,通过控制废气温度进行加料,使炉料充分预热,节约能源。设备故障率低,炉衬使用寿命为6~8年,便于组织大批量连续生产。2加热不均匀、干气质“冷芯”铝缸盖所用砂芯可分为:,热芯盒、冷芯盒、温度盒和壳芯。热芯盒工艺在我国应用较为普遍,所用原砂、树脂等造型材料已经全部国产化,砂芯强度、发气性及溃散性等均能满足产品要求,所用设备大部分为国产的,但也有部分厂家进口热芯制芯机。从芯盒的加热方式上分析,有电加热和煤气加热两种,国内大部分为电加热,但国产加热管质量不过关,在生产过程中经常发生短路现象,造成设备故障率高、芯盒加热不均匀,影响生产及砂芯品质。煤气加热不仅加热速度快,而且芯盒加热均匀、砂芯质量好。热芯盒芯砂存放时间长,一般为90~120min,如果设备出现故障,应将芯砂扒出来。对于缸盖的重要部位,如直接影响缸盖气流的进、排气道,国外普遍采用壳芯。因壳芯砂粒度较小、流动性好,所以砂芯表面光滑,铸件内腔表面光洁度高。另外,采用壳芯尺寸精度高、变形量小、透气性好,可以生产出高品质的铝缸盖铸件。壳芯砂容易储存,但溃散性较差。冷芯盒一般适用于缸体、缸盖及进气管砂芯。冷芯尺寸精度高、节约能源,所以适合于大批量生产。因芯盒不需要加热,芯盒材质可选择木材、塑料或铝合金等,生产成本较低。不足之处是砂芯硬化过程中必须充填三乙胺或SO2气体,而三乙胺或SO2气体含量不能超过5×10-6,否则对人体有害。所以,三乙胺或SO2气体的使用及尾气处理等方面应有一套严格的规章制度和相应可靠的处理设备,确保操作者有良好的工作条件和工作环境。另外,冷芯浇注后溃散性较差,一般都需经过焙烧并保温一段时间后,才能将芯砂清理干净。目前,在国外普遍用温芯盒工艺,一方面温芯盒加热温度低,节约能源;另一方面因采用不同类型的树脂,大大改善了生产环境,符合当地的环保要求,但生产成本较热芯盒有所增加。芯砂存放时间短,一般为45~60min。3浇注系统及转盘式布置如目前我厂生产的CA488缸盖,采用法国SIFA公司的工艺和技术,缸盖燃烧室平面朝上、凸轮轴平面朝下、顶明冒口,采用单直浇道、双内浇道的底注式浇注系统。该工艺不足之处是模具排气设计不合理,一般每浇注2~3件,必须更换排气管,影响设备的正常生产及铸件品质。最近,我厂对该产品的铸造工艺进行了修改和调整,废品率大大降低,提高了铸件品质。现在普遍采用的工艺是燃烧室平面朝下、凸轮轴平面朝上、顶注式浇注系统,保证铸件的内在质量。另外,在模具的适当位置将型腔内的气体排出去,减少形成气孔倾向。如德国大众公司的铸铝缸盖全部采用顶注式浇注系统。回转式布置,即浇注机固定不动,由浇注机械手或定量浇注炉进行旋转浇注。采用旋转机械手浇注,设备结构复杂、故障率高,难以维护和保养,如我厂引进的两工位浇注旋转机械手远不如上海汽车有色铸造总厂的两工位直线式浇注机械手。采用定量浇注炉旋转180°进行浇注,根据需要,可布置两台或3台浇注机,占地面积小,可节省浇注机的转盘,减少投资。转盘式布置有3工位、5工位和6工位转盘。3工位转盘的生产率为180件/班,6工位转盘的生产率为450件/班。转盘式布置一般都采用定量浇注炉进行浇注,其优点是铝水密封在定量炉内,不与空气接触,避免产生氧化、吸气等现象。另一方面是可实现定量浇注,根据不同的铸件质量,设置不同的铝水浇注量。如上海汽车有色铸造总厂采用的3工位转盘,意大利Teksid公司、德国大众公司采用5工位或6工位转盘。另外,每个转盘都配有独立的砂芯悬链系统,可源源不断地向浇注工位提供砂芯,保证转盘高效率地运行,转盘适合于大批量生产。铝液的变质方式有两种,即采用钠盐变质和锶变质。钠盐变质有效时间短,一般能持续40min左右,适合于坩埚式保温炉。锶属于长效变质剂,对打结炉衬无任何腐蚀作用,适合于采用定量浇铸炉进行浇铸的生产。目前,在铝液的精炼、变质、晶粒细化方面,国内外普遍采用溶剂旋转喷吹综合处理装置,实现精炼、变质、细化工艺过程一步完成,既节约时间、提高生产效率,又可保证铝液温度,便于铝液处理后含气量、变质、细化效果的现场检验。铝液质量的现场检验多采用直读光谱仪、含气量测试仪及热分析仪等。4色铸造改革对于缸盖质量要求不高,批量较小的生产,可采用手工清理方式。对于中等批量的生产,如上海汽车有色铸造总厂采用一条半自动清理线,投资较小、铸件清理质量高,避免磕碰划伤等现象,生产效率高。对于大批量生产,如德国大众公司采用一条全自动生产线,对缸盖毛坯进行清理(含震砂、去横浇道)、粗加工及气密性试验,生产率为700件/班,铸件质量及加工尺寸精度高,能满足高品质的产品要求。5冷芯盒制芯技术的应用方案21世纪铝缸盖的铸造技术,仍然以金属型重力铸造为主要发展方向,消失模铸造法也会有较大的发展。熔化方面将以大