5汽车发动机气缸盖低压铸造工艺研究

汽车发动机气缸盖低压铸造工艺研究东安汽车动力股份有限公司铸造公司 朱昱摘要 本文综合分析了采用低压铸造工艺生产汽车发动机气缸盖的独特优点，从低压铸造设备、低压铸造模具设计、生产工艺、低压铸造生产中常见的问题及对策等多个角度，对低压铸造工艺的技术动向以及今后的研究课题提出了自己的见解。关键词 低压铸造 气缸盖 模具设计 浇注系统 排气系统 缩松 微量元素 浇冒口1 绪 论随着汽车工业的飞速发展和现代汽车制造业轻量化、节能环保要求的不断提高，铝合金铸件在汽车发动机锻铸件中所占比重日益增大，铝合金特种成形工艺获得了较快发展，其中尤以低压铸造工艺的应用得到了迅速的普及应用与推广。与其它传统的铝合金铸造工艺相比，低压铸造工艺有着十分明显的优势。采用设计合理的带有冷却系统的模具可实现铸件的顺序凝固，铸件从底部得到浇注和补缩，因此可以不用冒口，铸件的工艺出品率高（一般在90%以上），由于在压力下充型，铸件组织致密，尺寸精度和表面光洁度很好且可以采用砂芯制造出复杂的缸体、缸盖类铸件。低压铸造工艺在资源匮乏的日本应用十分广泛，近年来随着中国汽车工业的发展和国际间技术合作与交流的增强，我国如广汽本田、东风日产、一汽丰田、重庆长安等厂家纷纷引进低压铸造工艺用于生产气缸盖铸件，产品质量良好，目前均已形成了较大规模。低压铸造是液态金属在干燥的空气压力作用下，沿着升液管由下而上地充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于在整个铸造过程中采用的压力较低，所以称之为低压铸造。金属液是在外力作用下结晶凝固，进行补缩，它的充型过程不同于重力铸造及高压高速充型铸造（压铸），具有以下独特的优点：（1）液体金属充型比较平稳，速度易控制；（2）铸件成形性好。在压力下充型，流动性增加，有利于获得轮廓清晰的铸件；（3）铸件组织致密，综合力学性能高。对要求耐压、防漏的铸件其效果更好；（4）工艺出品率高。浇注过程中，压力卸掉后浇口中未凝固的金属液回流到保温炉里再次用于铸造。本文中并不就一般低压铸造原理和技术进行研讨，只是根据几年来东安铸造公司采用低压铸造工艺研制生产气缸盖铸件的经验和体会，参考国外低压铸造设备和生产工艺实践，对低压铸造工艺生产气缸盖的若干技术问题予以讨论2 低压铸造设备2.1 低压铸造机模具安装结构为了模具水平开模需要，低压铸造机都具有安装在定模板上的四方向水平芯缸，与上模动模板及模具安装板形成六方向开模。由于气缸盖类铸件结构特殊，常常有难以出模的火花塞孔、排气孔等结构，这些部位因厚大致使热节十分集中，生产过程中废品率极高。为解决这一问题，许多厂家采用模具上加装水冷油缸斜抽芯或油缸驱动齿轮齿条抽斜销的形式，这就需要低压铸造机上要备有至少1个液压接口。2.2 模具快速定位与装夹由于气缸盖结构和铸造工艺的特殊性，模具重达1t左右，模具必须充分预热、喷涂料、烘烤，模温高达300350，因此热模具快速定位与装夹固定成为一个难题。目前国内外的低压铸造机均配有各种形式的模具装夹小车，定位和装夹一付模具在15 min内可以完成。2.3 低压铸造机保温炉的形式与密封目前低压铸造机保温炉有炉体密封(采用整体打结炉衬)和坩埚密封两种形式。前者由于采用打结炉衬可防止铝合金增铁，且不必频繁清理、喷刷涂料，优化了生产条件，但炉膛内空间较大，要有相应液面加压补偿装置。采用坩埚密封则要用铸铁或铸钢坩埚，长时间保温容易造成铝合金增铁，且每个班次都要清理和更换坩埚。国外低压保温炉的炉盖、加热器和炉门多采用石墨陶瓷盘根或耐高温陶瓷纤维绳密封，有标准的密封槽，密封良好，可以不开大盖，在专用加料口增补铝水。2.4 液面加压控制系统 图图2 低压铸造机的液面加压控制系统1程序控制器 2信号放大器 3干燥空气源 4压力表 5压力开关 6电控比例阀7排气减压阀 8（炉内）排气系统 9手动阀 10保温炉 11模具液面加压控制系统决定着低压铸造机的先进性。在实际生产中，由于保温炉密封不严造成漏气；工厂中供气系统负荷的变化，空气压力的波动；生产进行中液面的下降等，要求该系统应具有压力自动监控和自动补偿功能，消除外界因素的干扰，以达到跟踪合理的加压工艺参数的能力，因此，液面加压控制系统成为降低废品率的关键，是一个最主要的环节。目前国外如日本福助、ISUZU、德国GIMA、KURTZ等先进的低压铸造机液面加压控制系统均有以下先进功能：能以曲线和图形适时显示各种工艺参数和工艺过程；能记录、监视、诊断、检查，还能保证工艺参数的重复再现性；（3）具有压力自动监控和补偿功能，补偿范围为炉内液面波动、炉子气压泄漏和管道气压波动等的影响。（4）加压压力控制采用电空比例阀控制，控制精度0.5KPa，响应时间1ms。目前国内低压铸造机的液面加压装置有很多种，但设计的各种加压方案(曲线)只能在控制台上实现，压缩空气被引入保温炉或坩埚内就完全不是预先设计的加压曲线了，铝合金液体也不能按原来设想升液、充型和增压、保压，最主要原因在于：稳压阀和大流量减压阀流量不足；管路阻力较大； 保温炉内空间容积较大。2.5 低压铸造机的升液管和浇口保温套低压铸造机升液管价廉物美的应数球铁升液管。在球铁升液管内外喷涂料，每班更换一次，寿命比钢质升液管好，目前在国内许多大型铝轮毂厂均有应用，但其寿命短、更换繁琐，缺点较为突出。升液管使用耐火陶瓷材料作成陶瓷升液管,具有使用寿命长、防止增铁等优点,但高昂的价格影响了它的应用和普及，多从国外进口。为了精确控制浇口部位的温度，在升液管与模具之间增设一个中间升液管（喉管），采用铸铁材料作成，内衬硅酸钙板等保温隔热材料，顶部内置高温电加热器替代电阻丝和燃汽预热装置，可根据设定值自动控制加热温度，使保温套加热温度可稳定在550600，且寿命可达500h以上。2.6 压缩空气净化系统低压铸造的浇注及模具冷却过程均要依靠压缩空气完成，而熔融的铝合金液极易与水份、油发生反应，形成氢溶于合金液中，造成合金含气量严重超标，因此气体干燥过滤装置和储气罐是绝对必要的，一些厂家忽视气体干燥，引起铸件针孔度升级，力学性能下降，且使液面加压装置中的浇铸阀、换向阀生锈，发生设备故障。根据多年的低压铸造实践经验，铝合金低压铸造工艺对压缩空气的质量要求如下： 表1 低压铸造工艺对压缩空气的质量要求压缩空气杂质级别（ISO8573）杂质含量要求设备配置水份2压力露点40C，含量<0.11g/m3微加热吸附式干燥器油5<10mg/m3(8ppm)LNB精密除油过滤器（过滤精度可达0.4mg/m3）灰尘4<10mg/m3(10m)LJA后置过滤器（过滤精度可达1mg/m3(1 m)2.7 低压铸造机的控制系统PLC采用模块式结构，能自动完成设备运行控制、铸造工艺过程控制、加热控制、冷却控制等，能通过控制压力、时间、温度等工艺参数来完成对整个铸造过程的控制，确保铸造生产全过程的工艺条件稳定。3 气缸盖低压铸造模具设计3.1 气缸盖铸件工艺性评审由于气缸盖设计壁厚控制在(3.54.5) mm，低压铸造气缸盖时合金液总是从铸件底平面浇口引入，流经水套芯和进排气道芯，流向铸件安装边及顶平面，在流动中合金液不断损失热量，自然会形成一定温度梯度，有由远及近（向浇口部位）的顺序凝固趋势。但若局部壁厚(加上加工余量)大大超过相邻部位的壁厚，就不能形成远端安装边最先凝固、燃烧室底平面再凝固，最后由浇口部位铝液补缩铸件的顺序凝固方式,极易在热节部位形成缩孔、缩松缺陷，造成产品报废，因此在铸件工艺性评审和模具设计过程中要格外注意这一问题，从模具结构、铸造工艺、局部强制冷却等方面采取措施予以克服。3.2 模具的选材和壁厚 气缸盖低压铸造模具由于结构复杂、制造成本较高，为保证有较长的使用寿命和较小的热变形量，型面通常采用优质模具钢制造（欧美国家采用H13，日本采用SKD61，材质与使用寿命基本相当），而模具结构件均采用优质球墨铸铁。模具设计时在四个侧模部位模具壁厚要减薄，以减少模具蓄热能力，提高该处模温，以形成顺序凝固所需温度场。3.3 模具的排气系统设计低压铸造时由下至上升液、充型，有利于排气。好的排气系统设计会大大提高铝液的充型能力，减少充型过程中的“背压”，提高一次浇注成品率。模具上应相应设计各种排气设施，如：上型模块采用分体镶嵌式结构，结合部位留有0.10.2mm的缝隙以利于排气；顶杆直径上留O.1mm间隙，并沿周均匀线切割0.2mm的排气道；分型面、抽芯滑块上加工间距5mm、深0.1O.15 mm的排气道；砂芯采用壳芯，砂芯定位芯头的后部应做成空腔以加强排气；局部憋气的地方设计可方便拆装清理的柱状排气塞，再喷上适当涂料、调整模温，可保证铸件完全充型，不出现气窝、欠铸等缺陷。模具内部的空气、砂芯产生的气体需要充分考虑分型方法和排气道，应该在尽量减少随着熔汤充填而产生的背压的情况下排出去。如果背压高到影响加压速度时，会产生熔汤流动不良、表面缩孔等，因此希望控制在0.002Mpa以下。关于凸台、加强筋、叶片等形状的部位，可以考虑嵌入式排气孔插入模具。在分型面和平面部设计排气槽，再加上排气孔、拉深加工等手段尽量做到排气良好的设计。另外砂芯产生的气体量较大、时间也较长，可以在模具结构上设计确定的排气路线，追加吸引机构。3.4 模具的浇注系统设计低压铸造的浇冒口设计相对简单，由于零件结构和工艺方案所限，一般只能在底部安装孔位置设计24个浇口，为保证充型浇注效果，在允许的条件下浇口直径可设计略大一些，同时可设计环形的辅助浇道以分流铝液。由于浇口部位最后凝固温度很高，不易脱模，有时甚至会产生浇口折断，因此浇口的出模斜度应设计为57。由于气缸盖低压铸造多采用单升液管经升液箱将铝液分配至多处浇口的形式，因此升液高度和升液管内径非常重要，升液高度过大、升液管内径过小会造成铝液充型时流速过高，在浇口处形成“喷溅”，严重影响型腔排气，造成成品率降低，且会使砂芯过早溃散形成“粘砂”，因此气缸盖低压铸造升液管内径一般在100150mm。低压铸造品的设计基本要求是将壁厚整体平均化，或是将壁厚的分布考虑容易实现方向性凝固的地方。也就是说对于浇口而言，断面从小到大逐渐变化是产品设计的必要条件，因此如果产品的性能上无法进行这种设计时最好避开使用低压铸造法。充分考虑铸件整体的方向性凝固和浇口周围的冒口效果的浇口位置、大小、数量的设定也是非常必要的。浇口的位置应该是铸件整体的最大壁厚部位，并且要设在从熔汤前方和上方可能达到方向性凝固的部位。因产品形状、大小等原因浇口数量有所差异，但通常是1-4个。在远离浇口的位置如果壁较厚冒口无法到达时，有时也加上无顶冒口。浇注方案上对这些问题进行为维持方向性凝固的严格的温度控制和条件管理等，根据情况还可以在成为热点的部位进行空气、水等的冷却。浇口部位的截面做成圆形是较理想的，但事实上由于产品形状的限制经常是不得不做成不规则的形状。在这种情况下为了防止该部分的过冷，最小截面积最好应是浇口附近产品壁厚的2倍以上。浇口的高度h比较低时可以得到较大的因浇口处热量提供和加压而引起的补缩效果，而且也容易实现方向性凝固，但这是防止氧化物的滤渣网的固定部位，由于因铸造条件的变动引起浇口长度的变化，因而一般情况下考虑30-40mm较多。3.5 缩尺与加工余量缩尺与加工量设计不当不仅造成铸件肥厚影响机械加工，更主要会影响铸件顺序凝固次序，造成各种铸造缺陷。气缸盖在全金属模中低压铸造，收缩严重受阻，故缩尺比一般铝合金金属型铸造时要小，尺寸精度较高。根据气缸盖的结构和尺寸不同，缩尺一般为0.6%0.8%左右。加工余量考虑到气缸盖要用数控机床加工，加工余量单面不超过2mm，一般1.52mm为好。此外还要考虑涂料厚度，留出0.150.3mm。3.6 模具的引导装置低压铸造模具由于温度高、尺寸大且动静模有较大温度差，动模与静模之间一般不能使用圆销，以避免高温时“咬死”。可设计方形导柱和开口销套，销与销套材料应采用40Cr，以提高耐磨性。3.7 模具的温控装置低压铸造模具应设计有精密的冷却和加热装置，并预埋热电偶配合计算机控制，方可实现铸造条件的稳定，使铸件保持高品质。低压铸造模具通常在上型中部、侧型、下型二三燃烧室之间、浇口附近及升液箱盖板等五处设置有测温热电偶，可实现对低压铸造生产中的重点部位温度控制。为了改善内部品质（强化方向性凝固）、缩短铸造周期，可以进行上型和横型的冷却（水冷、风冷或雾冷，一般冷却模具整体的线式冷却比较多）。开始低压铸造作业初期，由于缺乏经验，只需采用风冷，随着铸造作业条件的稳定，可逐步进行雾冷和水冷的试验，但在模具准备过程中要特别注意接口部位的测漏工作。水冷应用得好，可大大提高生产效率缩短铸造周期。3.7.1 中间升液箱温度控制采用自动电加热控制，第一模浇注时升液箱温度应控制在520以上，以后控制在580左右时开始下芯作业，温度过低时，容易被“冻死”。3.7.2 浇注温度的控制铝水浇注温度一般控制在70010，在不影响铸件充型的前提下可将浇注温度适当降低，可减少厚大部位缩孔的产生及“粘砂”，缩短铸造周期。3.7.3铸型温度的控制低压缸盖模具一般在模具上型为35020左右，侧型为38020左右，下型为44020左右，浇口附近为50020左右，温度过低会造成铝液充型能力下降，成品率低，温度过高会延长铸件固化时间，控制不好还会造成铸件浇口折断、。3.7.4铸件凝固温度场的计算机数值模拟。目前国内外在模具设计制造过程中应用专业软件对铸件充型、凝固过程进行数值模拟，辅助进行工艺设计与优化十分普遍，可大大缩短模具开发定型周期，提高模具制造质量，目前国际上应用较为广泛的有美国ProCAST、德国MAGMA 、韩国Anycasting软件等。 图3 采用MAGMA软件对4G1气缸盖凝固过程进行的数值模拟与实际缺陷对比4 低压铸造气缸盖的生产工艺ECDBA O t1 t2 t3 t4 t5 sKPaP3P2P1图4 浇注工艺曲线P1升液压力 P2充型压力 P3增压压力低压铸造生产工艺就是将低压铸造机、模具与合金材料三大要素有机结合的过程，这些因素之间关系密切，且相互影响和相互制约。低压铸造的主要工艺参数有：压力、时间（速度）、温度，关键过程有：制芯、模具准备、合金熔炼、浇注，这些工艺参数与关键过程的合理控制与管理是保证铸件质量的关键，同时也直接影响生产效率和模具寿命。4.1 浇注工艺参数的确定低压铸造的核心在于浇注工艺。根据缸盖铸件的特点，在燃烧室平面开设24个浇口，同时进铝液浇注。在升液管与模具之间增设一个中间升液管，分配铝水进入浇口。低压浇注过程一般包括升液、充型、增压、保压、卸压、冷却几个阶段。低压浇注的主要工艺参数有压力、温度和时间，其中压力是最基本的工艺参数，对浇注过程及铸件质量的影响最大。低压铸造中，如果铸型内排气顺利，则压力每上升0.001Kg/cm2，升液管内的铝液就上升4mm。经过试验，浇注工艺曲线如图4所示，工艺参数见表2。（1）O-A升液阶段铝液沿着升液管平稳上升到铸型浇道处。P1=液面到中间型腔的高度50mm 41000T1由铸造机空压控制辅助阀门的能力决定。（国外低压铸造机保温炉M/C在0.15Kg/cm2的程度，阀门在最大能力下，T1设定为约7秒；考虑到熔液液面高度公差：目测、传感器中的铝附着20 mm；气压控制公差（正常工作时） 切换时间下0.005Kg/cm2=20 mm；反馈管路中的杂质、辅助阀门的不畅通等的影响0.002Kg/cm2=8mm，计算公差设定为50 mm）。（2）A-B充型阶段铝液由浇道进入型腔，将型腔充满。充型速度过大，加剧紊流，会产生包气、氧化夹渣，铸件可能会出现轮廓不清的缺陷；速度过低，影响充填性，会造成浇不足、冷隔等缺陷。P2=P1+50+液面到中间型腔的高度+铸件高度+200 41000T2=7 （P2-P1） 1000 (升压速度基本定为0.007Kg/cm2/sec) （3）B-C增压阶段充满型腔后再继续增压，使铝液在压力下结晶凝固。压力越大，补缩效果越好，铸件组织愈致密。但压力过大，易造成跑火；压力过小，铸件可能会有缩孔、缩松、致密度低等缺陷。增压压力 P3 = P25（KPa），增压时间 T3 = 510( s )表2 浇注工艺参数参 数阶 段时 间（s）压 力（KPa）加 压 速 度（KPa/s）OA升液阶段T1P1V1 = P1/T1AB充型阶段T2P2V2 =（P2P1）/T2BC增压阶段T3P3V3 =（P3P2）/T3CD保压阶段T4P3DE冷却阶段T50表中 T1升液时间 T2充型时间 T3增压时间 T4保压时间 T5冷却时间 （4）C-D保压阶段铝液在压力下，完成由液态到固态的转变,保压时间过长，使生产周期延长，生产率下降，严重时会使升液管上部“冻死”，使铸件出型困难，增加清理工作量；保压时间不足，易出现缩孔、缩松，严重时浇口部位的铝水会倒流，造成铸件“中空”报废。在低压铸造中加压时间为持续加压中完成铸件最终凝固部位的凝固，等到可以取出浇口（凝固90%以上）时，持续加压结束。保压时间 T4 = 180220 ( s )，保压压力为 P3 （5）D-E卸压冷却阶段卸压指铸件凝固完成后，立即卸掉液面加压压力，使升液管和浇道中尚未凝固的铝液回落到保温炉中，排气时间为待铸件内部铝液温度达到浇口上面560、浇口铁丝网部 590时结束加压保持，然后排气。冷却指压力卸掉后，铸件留在模具中的过程。冷却时间根据铸件厚度及重量而定。冷却时间过短铸件会变形、开裂。冷却时间是从卸压后开始计算。T5 = t5t4 = 160 ( s )（6）安置浇口滤渣网此工序的目的为了防止从升液管进来的氧化物、砂子等杂物以及加强铝液充型时 的层流化，减少紊流以利于平稳充型。把做成浇口形状的成型镀锌钢丝网（线径0.4-0.6mm，12-14个网孔）用专用夹具固定在浇口部位，这样做采用人工安置的比较多，但也可以试一试进行自动化设计或给汤管内吹惰性气体等方法。4.2 制芯工艺采用任何常用的制芯工艺如壳芯、冷芯盒、热芯盒等制造的砂芯都可以用于低压铸造。目前国内引入日本的生产工艺，多采用覆膜砂热芯盒工艺制芯，进排气芯采用KC600型全自动垂直分型壳芯机生产，两面翻转射砂，模具上装震动器，可射制壁厚在23mm的中空壳芯，水道、油道砂芯形状复杂，尺寸较大，厚薄不均，采用KA600型全自动水平分型热芯盒制芯机生产，一模两件。同其它铸造方法一样，砂芯必须固化充分，金属型上有必要的排气结构，以避免在铸件里产生气体方面的铸造缺陷。对于气缸盖类复杂铸件通常使用预组装的芯组（如图5），可以快速地插放到金属型内，简化操作，缩短铸造周期。低压铸造对于制芯用覆膜砂质量要求较高，既要求有适宜的粒度，又要有较高的热强度和较低的发气量，需要根据实际生产情况进行摸索调整，图5 预组装的芯组4.3 模具涂料选择及喷涂工艺人们常讲 “三分浇注、七分准备”，对于低压铸造生产而言，由于模具重量大、拆装困难，要求有较长的连续生产周期，因而模具涂料的选择及喷涂工艺的掌握至关重要。4.3.1型腔涂料的选择与喷涂型腔底层涂料使用日本Acheson 金属模脱膜剂Prodag（石墨基），浇口和燃烧室使用日本Acheson低压铸造涂料Dag 632，型腔充分预热至23010，取出后在模具保持19010时将涂料稀释后用喷枪均匀喷涂，喷枪距型腔之间一般保持150200mm。为提高涂层的粘附强度，喷涂完毕后模具须在51010保温1.01.5小时。图6 低压铸造生产中模具喷涂的一般工艺流程4.3.2升液管涂料的选择与涂刷升液管（包括中间升液管）使用日本Acheson涂料Dag696。预热至200C左右时，用毛刷均匀涂刷，一般需刷23次，每次涂刷完毕后需充分烘烤。4.3.3 涂料喷涂时模具温度控制及涂层 模具喷涂时要考虑铸型的大小或壁厚、温度分布均匀，充分进行预热。模具取出后要使用表面温度计，在铸型的各个部位测几次，确认铸型表面温度是否在20010。涂层顺序为：在整个铸型上薄薄地喷一下底层涂料；从铸型的突起部位、薄壁部位等容易冷却的部位开始再精心喷涂。如果模具温度低，则喷涂时涂料的水分蒸发少，导致模具表面潮湿，无法保证粗糙度；如果铸型表面温度更低，就出现平滑的涂层，导致模具内透气性差，预热时出现涂层膨胀、脱落现象。为防止铸件局部缩孔、缩裂，可将模具局部涂料刮掉或减薄，加速冷却。在喷涂复杂的模具时，需要熟练地进行操作，但为了保持稳定的上涂料的效果应尽快使操作标准化，涂层厚度粗糙度等因部位不同而存差异。一般而言，工作面是0.1-0.2mm，光洁度要求高的加工基准面，燃烧室面等应用粒子细小的涂料涂0.05mm的厚度，涂料一般利用市场上的，基本构成是骨材（碳酸钙、陶土、氧化铝、云母、石墨等）、粘接剂（硅酸钠）和水等。4.4 合金熔炼工艺气缸盖低压铸造多采用AC4B牌号铝合金（日本JIS5202技术标准）铸造，材料成份类似于我国ZL106合金，但略有差异。该铝合金为亚共晶铝硅系合金，铸造性能优良，综合力学性能高，冶金质量稳定成本较低，经（48010）C、12小时的热处理后抗拉强度可达155 Mpa以上，延伸率达1.0%以上。4.4.1 熔化工艺采用MHII-N-2000/1500型高效燃汽熔铝炉进行合金的集中熔化，该炉为三炉一体ETAmax式结构，LPG加热系统，预热、熔化、保温区分别独立，效率高，且炉料可利用废气充分预热，热效率>55%，即使加入潮湿、不洁的炉料也不会影响合金液的熔炼质量，安全性高，熔化过程中合金的烧损仅在（0.51.5）%，铝水出炉温度为（740C5）C。4.4.2 精炼工艺电加热石墨坩埚转水保温炉或燃汽预热转水包内精炼处理，铝液精炼保温温度为（7205），在此温度下进行除渣、除气。采用FOSECO公司FDU旋转除气装置，转子转速300350rpm，氩气纯度为99.60%，压力0.3MPa，流量1520L/min，除气时间设定为10分钟，现场检验合格（含氢量0.2ml/100g，含渣量K1/20）后转入低压铸造机的保温炉里。4.4.3 合金的金相组织AC4B合金为亚共晶型铝硅系合金，含硅量为(710)%，显微组织为a相共晶硅，由于未进行变质，共晶硅呈短杆状或针状，由于合金含硅量较高，又加入了微量的Ti、Mn，使得合金的铸造性能和高温性能优良，气密性、耐蚀性也较好，适合于砂型及金属型铸造。目前在气缸盖低压铸造工艺生产中多采用AC4B合金，无需进行变质处理即可获得优良的机械性能和高品质的铸件。图7 AC4B合金显微金相组织 100X4.4.4合金的凝固区间对于AC4B合金，其凝固范围为（516604）C。在604C合金中的铝开始凝固，565CAl-Si共晶相出现并凝固，545C出现Al-Si-Cu三维共晶，516C出现不纯物等多元共晶。掌握好气缸盖铸造凝固过程中铝合金的温度变化，可优化模具铸造方案，确保铸件从凸轮轴室向浇口方向顺序凝固，提高铸件品质。5 低压铸造生产中常见的问题及对策5.1 浇口折断防止方法：保持浇口衬套的高温（Min.450）；不应将加压结束后的冷却（排气）时间随意加长。为了保持浇口衬套部位的温度，尽量应缩短铸件取出搬运、模具吹扫及下芯时间并保持稳定（目标时间max.120sec）。在刚开始投产时，浇口部位极易发生型腔堵塞、浇口断裂现象，因此特别要注意在浇注的前13件设置浇注参数为“冷模”状态，不要设置过滤网。5.2 缩孔防止方法：铸造作业的标准化，根据温度进行加压、凝固条件的自动设定，铸造条件的稳定；根据浇口、给汤管面积的扩大增加热量，根据上型冷却增加温差坡度，缓和壁厚急变（加圆角、增加对下型的壁厚）5.3 升液管开裂（漏气）判断方法：因升液管放置在保温炉内，无法观察，只能靠经验加以判断，如根据铸件的成型缺陷进行分析，具体方法为：当模具温度、铝液温度都足够高的情况下，铸件还是出现浇不足缺陷。这是由于升液管漏气，使正常的模具排气塞无法排除来自炉内的气体，造成型腔充气，而铝水无法充满；浇口处有严重的氧化夹杂物或出现不饱满的现象，这是由于高温状态下的空气和液态金属长时间的混合流动造成的。防止方法：定期清理升液管表面氧化渣、喷刷涂料，喷刷时力求均匀；清理中仔细检查升液管是否有裂纹存在。5.4 流动性不良防止方法：保持适宜的合金浇注温度；提高模具上型温度； 检查控制面板的加压曲线是否有异常；确认模具排气塞、气道的畅通；确认浇口部位无铝氧化物的残留，氧化物多的时候，用钢棒等清除浇口内壁，并涂刷耐高温涂料；确认模具型腔涂层是否损伤或脱落，可再次进行补喷。5.5 铸件出型困难（升液管内部分金属液凝固）形成原因：由于保压时间过长、模具温度太低、铝液温度太低造成的，一般易在首件生产中发生。防止方法：刚开始生产时，由于模具温度不均匀且偏低，保压时间应尽量缩短，宁可让铸件内的部分金属倒流回保温炉中，一般生产34件后，模具温度处于正常。处理办法：立即停机，卸下模具，尽快打开模具取出铸件（可以采用液压千斤顶或气焊枪等工具），将模具清理干净，恢复正常生产。6 低压铸造工艺的技术动向及今后的课题低压铸造法从被大量使用以来已有30多年了，现在已确立了生产铝合金铸件的重要工艺方法之一的地位。特别是在气缸盖的铸造生产中的作用巨大，今后低压铸造仍会是气缸盖的主流铸造工艺方法之一。从空冷小型发动机的气缸盖开始，到水冷化、多气缸化、功能的扩大、DOHC化和材料重量的增加，并且气缸盖的形状和结构越来越复杂，铸件壁厚变化也在加大，铸造的难度也随之增加，同时为了降低成本提高生产效率，国外许多高水平的铸造厂已实现了1模2件、更换模具时工序改进、动模速度提高和与后处理工序的结合等，模具冷却控制和浇注过程中的加压控制等技术也在逐年提高，目前已出现了包括砂芯的搬运和组装在内的完全自动化低压铸造生产线，这同时也将操作者从高温作业中解放出来，改善了作业环境。根据以上讨论的内容，我们可以考虑以下气缸盖低压铸造技术的课题：提高铸件强度（如何对下型进行冷却是重点，但以往的技术在低压铸造中很难应用，所以认为气缸盖更适合采用重力铸造，目前在欧美国家气缸头的主要铸造法仍是重力铸造法，低压铸造工艺必须要解决铸件下型冶金质量问题）；生产效率的提高（提高控制技术、后处理线的同步化、全自动化生产线的推进，考虑到铸件的高强度化和高生产性化的要求，条件控制会变得比现在复杂，因此紧凑的自由度高的生产线结构可以保持综合的高水准铸造品质。）；缩短产品开发时间（需要在设计初期阶段积极运用CAE技术，进行凝固流动解析、铸件应力解析，优化模具方案）；铸造操作技能的延续（模具喷涂、铸造条件的调整与控制等的掌握是最紧迫的项目，越是推进生产线的自动化和无人化，这个问题越显得重要。由于低压铸造很难定量数据化，而且与经验有关的项目较多，所以进行专业化技能培训是很重要的，同时为了达到定量化控制而进行的低压铸造工艺与材料的基础研究和开发也同样重要）。11