汽車發(fā)動機缸體模具設(shè)計及低壓鑄造工藝

汽車發(fā)動機缸體模具設(shè)計及低壓鑄造工藝摘要：目前，對于汽車鋁合金發(fā)動機缸體采用壓力鑄造的方法較為廣泛。因此，壓鑄造工藝在汽車發(fā)動機缸體鑄造中的應(yīng)用過程，通過缸體模型合理的設(shè)計，調(diào)整與優(yōu)化相關(guān)工藝參數(shù)，可以達到提高合格率的目的。關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機；模具設(shè)計；低壓鑄造工藝引言下缸體是汽車發(fā)動機上的重要零件，其上部與氣缸體、下部與油底殼相連；氣缸體與下缸體之間安裝有曲軸。下缸體在發(fā)動機工作過程中的特點是：處于高溫狀態(tài)下工作，承受較大的熱沖擊作用和承受較大的力，工作條件較為惡劣。下缸體對氣密性要求較高。另外，此鑄件在缸體的螺栓孔處及水泵孔凸臺處較為厚大，極易產(chǎn)生鑄造缺陷。選擇低壓鑄造工藝方法,采用合理的工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)及局部快冷生產(chǎn)此鑄件，不僅能解決鑄件上厚大部位鑄造缺陷的問題，同時也能滿足此鑄件組織致密性的要求。1汽車發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)本次研究以GM-L850發(fā)動機下缸體為例，鑄件重為10.3kg，輪廓尺寸為471mm,371mm和91mm，壁厚平均為4.0mm。材質(zhì)是鋁合金，這種材料具有力學(xué)性能好以及鑄造工藝性能好的特點，因此，在汽車發(fā)動機鑄造中應(yīng)用比較廣泛。為了滿足具體的工藝條件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中進行的主要措施有兩個：①在曲軸孔半圓處對工藝余量增加，以能夠在下部形成一個厚大部位；②為了能夠?qū)δ＞呓Y(jié)構(gòu)簡化，可以不鑄出產(chǎn)品機械加工斜孔。發(fā)動機鑄件結(jié)構(gòu)如圖1。2發(fā)動機缸體鑄造模具設(shè)計鑄造模具設(shè)計中所采用的是UG軟件CAD模塊，依照具體的工藝和產(chǎn)品毛坯三維模型，實施分型拆模，從而得到模具型芯、型腔、滑塊以及鑲塊等，之后將這些模具分型與標(biāo)準或者是非標(biāo)準零件結(jié)合實施裝配，經(jīng)過一系列干涉檢查、成型分析等流程之后，也就能夠獲取模具。在進行模具三維設(shè)計中，重點是要表而形成分模成型特征，其他特征則較易實現(xiàn)。汽車發(fā)動機缸體模具工作流程如圖2.3模具設(shè)計3.1模具結(jié)構(gòu)形式為了順利開模，模具分型要采用多分型面，模具有6個方向開模，分別是：底模、頂模、右模、左模、前模及后模（具體模具結(jié)構(gòu)見圖3）。頂模2.左模3.后模4.前模5.右模6.底模3.2模具型腔尺寸計算模具的型腔和型芯尺寸時，首先根據(jù)鑄件的基本尺寸加上其平均公差得出鑄件的平均尺寸，然后考慮合金的線收縮和涂料層厚度。由于模具在較高溫度下工作，還應(yīng)該考慮其熱膨脹量。3.3模具壁厚的確定到目前為止，尚無確定最適宜壁厚的可靠而簡單的計算方法，一般是根據(jù)經(jīng)驗來確定。下缸體鑄件的模具綜合考慮了各種因素來確定其壁厚，一般最小處的壁厚不得小于30mm。3.4模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計正常生產(chǎn)過程中傳入模具的熱量和從模具中傳出的熱量應(yīng)達到平衡。這就要求在模具上設(shè)置水冷系統(tǒng)，以及時將傳入模具的熱量傳出。通過調(diào)整通入模具冷卻水的時間及流量來控制模具各部位的溫度。對于鑄件上遠離澆道的水泵孔凸臺處的厚大部位，易產(chǎn)生鑄造缺陷；在模具上采用局部水冷的措施來控制此部位的模溫，以使該厚大部位最先凝固，確保此部位的組織細密。3.5模具保溫澆注槽設(shè)計對于一般單澆道的低壓鑄造模具，不用設(shè)置澆注槽，鋁液直接通過升液管進入鑄件澆道。但下缸體有多個內(nèi)澆道，必須設(shè)置澆注槽（熔池式輸液過道），澆注槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)具有保溫作用，可以在澆注槽的外側(cè)設(shè)置電阻絲對其進行加熱且在澆注槽的空腔里填上石棉保持度，以確保鋁液在槽內(nèi)不凝固。3.6排氣系統(tǒng)設(shè)計該模具排氣方案，在分型面處設(shè)置寬15mm深0.15mm、中心間距為30mm的排氣片；模具中的深腔處設(shè)置針孔式排氣塞；無法排氣的大面設(shè)置蓄氣槽；另外頂桿孔及涂料也可以排氣3.7模具材料選用模具型腔材料選用熱作用模具鋼H13，調(diào)質(zhì)后硬度（HRC）為38-42，導(dǎo)向塊耐磨塊等采用GCr15，淬火后硬度（HRC）為60-65，模架材料選用Q235A，其余材料采用45鋼或HT250鑄件。4發(fā)動機缸體低壓鑄造流程設(shè)計在汽車發(fā)動機缸體低壓鑄造生產(chǎn)中首先需要對模具型腔實施噴砂處理，并對其進行油脂和污垢去除，將模具預(yù)熱到（200±20）°C之后進行噴涂料，并對其分型而進行清理，內(nèi)澆道上刷上澆道專用涂料，之后繼續(xù)將模具加熱，直到溫度達到（280±20）C，備用。在模具準備完畢之后即要準備澆注槽以及升液管，首先將電阻纏繞在澆注槽上，一定要用石棉將其包住并且塞緊，用石棉涂料進行澆注槽內(nèi)表而涂刷，涂刷厚度通常為3-6mm，之后進行表而加熱以及涂料噴刷。用鋼絲刷將升液管內(nèi)外壁表而全部都清理干凈，在進行加熱之后實施表而涂料噴刷，然后還要將鋁液進行集中熔化并且溫度達到（740±110）C之后，將鋁液放置在中轉(zhuǎn)包中進行精煉除渣，確認鋁液合格之后即可以進行澆注。澆注過程中模具溫度不能夠低于450C，在溫度達到600C后可以直接斷電，不進行加熱。如果模具已經(jīng)噴好涂料，則可以對型腔、冒口以及分型而上的臟物進行清理。在開合模具中必須嚴格依照正確順序：先合前后模，再合左右模，再將型腔內(nèi)的殘留物和涂料吹凈之后，將上模合模到位，最后設(shè)定低壓鑄造參數(shù)實施澆注。4模具設(shè)計容易出現(xiàn)的問題及解決方法4.1排氣塊的設(shè)計缺陷排氣塊上減速位設(shè)計不合理：四個減壓和減速位置，因鋁液的厚度和寬度較大，速度和壓力集中，而且排氣塊的封料位置小，導(dǎo)致鋁液飛出排氣塊，必須取消這四個角位，改為扇形排氣方式即可。模仁上減壓位置設(shè)計不合理：模仁上這兩個減速減壓包距離模仁邊緣太近，導(dǎo)致封料位置太小，鋁液飛出模仁；解決方式就是將這個布局整體向模仁中間靠攏，擴大封料距離。排氣槽寬度設(shè)計不合理：排氣槽這段的寬度設(shè)計不合理，而且深度較大，鋁液到達這個位置的速度和壓力很高，封料位又小，造成鋁液飛濺出來；解決方式就是分成單股排氣通道，并加寬排氣板的寬度，保證壓力向前傳遞。排氣塊的外形設(shè)計不合理：這種設(shè)計主要是箭嘴所指兩端向邊緣擴張?zhí)?，而且深度超過1mm，壓力和速度極易傳遞，導(dǎo)致過小的密封面封不住料，鋁液飛出排氣塊；解決方式就是封掉兩端的通道即可，保證壓力和速度向前傳遞。排氣塊的導(dǎo)向角太大：排氣塊的導(dǎo)向角度太大，此位置處鋁液的速度和壓力還是較大，封料距離小，導(dǎo)致飛料；解決方案就是減小兩條邊線的導(dǎo)向角，保證壓力和速度向前傳遞。4.2模具加工工藝孔和回針孔位置不合理排氣道附近工藝孔設(shè)計不合理：排氣道附近工藝孔設(shè)計不合理，距離太近，極易進鋁液導(dǎo)致分型面合模不到走披鋒；這個位置不能添加工藝孔，工藝孔只能在遠離鋁液的位置。流道附近工藝孔設(shè)計不合理：這兩個工藝螺絲孔位靠流道太近，極易進鋁料產(chǎn)生披鋒導(dǎo)致合模不到位；流道位置附近不能有工藝孔。螺絲的固定方式設(shè)計不合理：行位壓排的固定螺絲設(shè)計不合理，杯頭易進鋁料導(dǎo)致合模不到位；必須改成從對面鎖或者將排氣塊設(shè)計遠離壓排。5結(jié)束語經(jīng)過合理的模具設(shè)計和澆注工藝參數(shù)設(shè)置，生產(chǎn)的汽車發(fā)動機缸體鑄件外觀完整，品質(zhì)優(yōu)良，并且提高了生產(chǎn)合格率以及模具日產(chǎn)量。參考資料關(guān)于高質(zhì)量汽缸