铝合金压力铸造技术在发动机试制中的应用

周黎明　戴维　杨仁康

摘 要：结合发动机开发过程，系统介绍铝合金压力铸造技术在发动机试制中的应用，在依据压铸生产工艺基本原则的情况下，根据实际情况，简化或调整了部分内容，以适应试制工作的要求。

关键词：铝合金；压力铸造；发动机试制

1 前言

当发动机整机设计和零部件设计基本完毕之后，开发企业要进行少量的样件的试制，样件试制的主要目的有 1）验证产品设计的合理性2）验证工艺的可行性3）整机装配验证4）进行基本性能试验及可靠性试验。样件的试制不同于大规模的工业化制造，试制工作不追求节拍、生产效率，有时甚至可适当放宽对合格率的要求，但对制作周期、样件质量有着苛刻的要求。为了满足这些目的，同时又要符合短周期、高质量的要求，就需要对试制工艺的制定进行严格把关。

目前发动机气缸体、气缸盖、进气歧管、发动机悬置支架、油底壳、链壳、凸轮轴支座等零件广泛使用铝合金材质，毛坯的成型工艺包括压力铸造、砂型重力铸造等，本文将系统介绍铝合金压力铸造技术在发动机试制中的应用。

2 铝合金压力铸造技术的特点

压力铸造技术是目前铸造生产中技术含量较高的先进铸造技术之一，高速充型和高压凝固时压力铸造时液态金属充填成型的两大特点，也是压力铸造工艺与其他铸造的最根本区别。铝合金压力铸造是在压铸机的压室内，浇入液態的铝合金，使它在高压和高速下充填型腔，并且在高压下成型和结晶而获得铸件的一种铸造方法，压铸工艺的主要优点[1]。

（1）压铸件尺寸精度高、表面粗糙度低。压铸生产使用非常精密的压铸模，可以生产出尺寸精度高、表面粗糙度非常低的压铸件，且尺寸稳定、互换性好。压铸件尺寸精度一般可达IT11～IT13，有时可以达到IT9级。表面粗糙度参数Ra值一般在0.8～6.3μm之间，最低可达0.4μm。一般压铸件在清理飞边毛刺后不经机械加工或仅对个别部位少量加工即可使用。

（2）可压铸薄壁复杂铸件。在高速高压下，液态金属的充型能力及压实效果大大提高，因而可以生产出薄壁、复杂、轮廓清晰的压铸件。铝合金压铸件最小壁厚可达

0.5mm，压铸件最小铸出孔径可达0.7mm。

（3）压铸件的表面硬度和强度高。由于压铸模具的激冷作用，压铸件能快速凝固，使表面层组织比较致密，表面硬度和拉伸强度都较高，其中拉伸强度比砂型铸件高 20%～30%。

（4）压力铸造生产时易在压铸模上设置定位机构，满足某些铸件局部特殊性能的要求，进行带有镶件的压铸件生产。

由于充型速度快，空气难以排出，容易被压碎为细密的气泡残留在铸件。而高温会使压铸件内部气孔中的气体发生膨胀，使铸件表面发生鼓包等现象，因此一般压铸件不能进行高温热处理，但针对某些零件如缸体，可根据使用情况进行 T2热处理，确保消除铸造残余应力。

3 压力铸造生产过程

压力铸造生产过程是压铸合金、压铸模具、压铸机器的联合体，这是压力铸造的三要素。

压力铸造的主要生产环节及工艺过程如图1所示，包括压铸模具设计制造、压铸生产准备、合金熔化、压铸机上实施生产及压铸件清理与质量检验五个主要生产环节。

3.1 压铸模结构及使用寿命

试制模具相比于量产模具在结构上无太多简化之处，只是在模具选材及模具寿命上有所差异。压铸模具由各种模板构成模具框架，靠导柱、导套导向；动模型芯、定模型芯分别镶配在动模框架和定模框架内；卸料部分由复位杆、推杆、推杆固定板、推杆底板构成。对于试制模具，由于使用不频繁，可不制作热油道。

压铸模由定模和动模两部分组成，试制模与量产模机构基本相同，寿命不超过 3万件；对于支座等小零件，出于生产效率的考虑，量产模具设计时一般考虑一模多腔，但试制时，一般仅考虑一模一腔，这样模具的尺寸、费用都等将得到很好的控制。

随着工艺仿真技术应用范围不断扩展，若具备相应的能力，在工艺设计和模具设计过程中，须进行CAE铸造工艺分析，以确保进料系统、排溢系统、冷却系统设及工艺参数计的合理性，以减少试制周期和降低试制风险，具体的模拟仿真分析项目见表3。

3.2 合金熔炼

发动机铝合金压铸件的材料一般为 ADC12，相当于中国国产的合金代号 YL113，执行标准GB/T 15115-2009。

压铸模设计制造压铸生产准备压铸机上实施生产压铸件清理与质量检查合金熔炼是压铸过程一个重要环节，金属以固态变为熔融状态的合金液，这是一个复杂的物理和化学反应过程，它在不同程度上影响合金的化学成分、物理和化学性能，以及机械和铸造性能，遵循正确合理的工艺规程进行合金熔炼，是获得优质铸件的先决条件。

熔炼时不可避免的要加入一定量的旧料，新旧料的配比>1：1。通过除渣、除气、精炼和变质处理等，使合金液尽可能纯净，保证成分符合标准，晶粒细化组织均匀，具有适当的温度，控制在650℃～670℃，以满足铸造工艺的要求。

3.3 压铸生产准备

试制样件的生产安排不同于量产的生产准备，压铸机的型号选择也并非严格按照计算公式的结果，但压铸机的种类一般选择卧式冷室压铸机，根据零件的尺寸大小及复杂程度，压铸机的吨位从800T～3200T。

试制模具制造完成后，由钳工进行修配，通过天车、合模机等装置完成模具装配。目前大多数模具制作厂家已具备毛坯的压铸能力，可快速进行模具的安装与调试；但尚有部分模具厂需外委进行模具的安装、调试及毛坯铸造。

试制压铸模具因没有制作热油道，需通过慢压射铸件对模具进行预热。一般情况下 7～8模即可达到正常压铸生产的温度，通过手持式测温仪进行温度测量，模温在 150℃～180℃较为适宜。

3.4 压铸机上实施生产

上方，十分钟左右即可；取放时需注意操作人员的防护，以免烫伤。

3.5 压铸件清理与质量检查

铸件取出后，需清理浇注系统、排溢系统等处的飞边、毛刺。试制阶段一般选择手工清理的方式，使用锉刀、砂轮机等工具。清理时要保证清理干净，同时要防止清理过度，损伤铸件。

压铸件质量包括外观质量、内在质量和使用质量，铸件缺陷检查普遍采用的方法有：

（1）目视检查；（ 2）化学成分检查；

（3）力学性能检查；（4）金相检查；（5）尺寸检查；（6）气密性检查（水检）；

（7）无损探伤检查（X射线、超声波）；

（8）剖切检查。

力学性能检查的结果与试样类型及选取部位密切相关，需根据各零件的技术要求，确定试样是从铸件本体上取样，还是单独铸造试样。

缩孔和缩松是压铸件的主要缺陷，通过 X射线检查，能确定缺陷的投影位置、大小和缺陷种类，以准确判断样件是否满足使用要求。

有气密性要求的压铸件，大多是在成品加工完成后进行密封性检测。试制阶段，由于铸件质量不稳定，根据零件的实际情况，可在精加工前，对铸件进行一次气密测试，并根据检查结果，进行浸渗处理，封堵微孔缺陷。

4 结语

本文针对铝合金压力铸造工艺在发动机试制中的模具设计、铸造生产及质量检查等进行了系统介绍，相关内容大多是对实际试制工作的经验总结，注重于压铸工艺在发动机试制中的应用，希望为发动机的试制工作提供相关参考、借鉴。

参考文献：

[1]刘志明 .压力铸造技术与应用 .天津大学出版社，2010年 9月第 1版，12页 .