摘要：近年来，随着我国节能减排政策的推进和汽车轻量化的大势所趋，铝合金材料在汽车行业的运用越发广泛，借助压铸成型的汽车零部件越来越多，其中就包括汽车的核心部件———发动机。作为汽车发动机的关键部分，铝合金下缸体压铸成型难度很大，故分析其压铸难点，总结压铸要点，做好质量控制工作尤为重要。现就某型汽车发动机铝合金下缸体的结构特点，成功开发了下缸体压铸件，分析了相关铸造技术问题及解决方案，提出了压铸难点、要点；总结出铝合金下缸体缩孔、气孔、缩松等压铸缺陷，并提出改进溢流槽结构，优化模具冷却系统，改善镶嵌件分离现象等对应策略，为提高发动机铝合金下缸体压铸技术水平提供了理论参考。
关键词：汽车发动机；铝合金；下缸体；压铸；质量控制
引言
近年来，节能减排已经成为了时代风潮，汽车轻量化也是大势所趋，在这两大背景之下，铝合金材料在汽车中的运用越发广泛，借助压铸成型的汽车零部件越来越多[1]。作为轿车的核心部件，发动机缸体大多采用铝合金和铸铁为材料，其中压铸铝合金缸体得到了越来越多的认可，日韩和欧美的汽车公司大多都运用压铸铝合金缸体[2]。在缸体生产领域，普通砂型铸铁缸体具有工艺简单、成本低、刚性和耐热性好的优点，但也有一个缺点，那就是重量过大。如将缸体下方的曲轴和上方的缸套一分为二，下面使用铝合金而上面使用铸铁，就可一举两得，既减轻了缸体质量，又可保持铸铁缸体的优点。下缸体，就是指经过这样一分为二之后发动机下部的曲轴部分。由于下缸体是厚壁零件，且壁厚差别大，因此压铸成型的难度非常大[3]。我们借鉴国内外相关经验，针对一型1.5T发动机设计开发了一套下缸体压铸技术，试验非常成功。
1铝合金下缸体压铸难点
该铝合金下缸体铸件质量为8.4kg，轮廓尺寸为382mm×258mm×67mm，压铸质量为11.1kg，材质为A380，平均壁厚为7.2mm。由于下缸体与曲轴相连接，因此在底部还需要放置铸铁嵌件。下缸体铸件压铸工艺复杂，其难点主要有如下几点：第一，铸件需要置入5件铸铁镶嵌件，铸铁镶嵌件要完美地镶嵌在铝合金铸件之上，不能发生分离的现象。第二，下缸体铸件壁厚最薄处薄至2mm，最厚处厚达24mm，分布严重不均。第三，由于镶嵌件两侧壁厚差别大，给铝合金液的流动充型带来了非常大的难度，同时也考验着其补缩能力。第四，铝合金铸件容易发生气孔、缩孔、裂纹、缩松等缺陷，质量控制较难。
2铝合金下缸体压铸技术要点
根据试验分析，我们认为下缸体的压铸生产技术要点主要有如下几点：第一，科学设计缸体压铸件的浇注系统，下缸体中间放置镶件位置为薄壁，上下部分为厚大部位，因此我们选择单侧浇注，这样一来，铝液可由底侧进料，流经中部镶件后抵达顶部。第二，我们运用了齿形激冷排气块真空压铸，齿形激冷排气块与真空机合用可改善因两侧壁薄引发的流动性不足问题，确保了铸件品质良好。第三，为提高铝合金液体与铸铁镶嵌件的润湿程度，我们进行了镶嵌件预热，这样不但保证了成型后铸铁件与铝合金不分离，还提高了铝液的流动性。经过试验，我们获得的下缸体内部组织致密，且外观成型良好。在下缸体压铸过程之中，科学合理的工艺参数是获得高品质下缸体的保障。我们认为以下工艺参数是铸件成型的关键影响因素：第一，压铸温度。在压铸过程中，铝液温度应控制良好，因为温度过高或过低都不能取得良好的铸造效果，过高易导致缩孔及缩松，过低则容易引发充型不良。通常来说，铝液合理温度应在650～665℃之间，而模具喷涂后的温度应在150～200℃之间。第二，镶嵌件温度。当镶嵌件达120～140℃时，铝液溢流槽侧的一边，这样可以改善内部品质。第三，压铸快、慢压射速度和压力。应将快压射和慢压射速度分别控制在4m/s左右和0.22m/s左右，压力控制在70MPa左右。第四，铝液品质。作为铸件的基础材料，铝液的品质决定了铸件的品质，因此要确保铝合金液品质，每包铝液都必须进行精炼除气处理，避免污染。
3铝合金下缸体压铸缺陷及应对
在铸件成型之后，我们对铸件进行X射线检测，发现铸件存在一些内部缺陷，诸如缩孔、气孔、缩松等。为了改善缺陷，提高品质，我们提出了相应对策，其主要方向如下：第一，改进溢流槽结构。溢流槽具有排除型腔中的气体、储存混有气体、转移缩孔/缩松部位等作用。经过反复试验研究，我们发现可以采用延长和增设溢流槽等手段改善缩孔、气孔等缺陷。由于铸件中部缩松现象较多，溢流口如设置于大平面上，填充压力将受到影响，所以通常选择竖形溢流口。第二，优化模具冷却系统。铸件缩孔一般会在局部温度过高或壁厚过大的位置上出现。通过研究我们发现，两侧壁厚较大的地方温度偏高，易引发缩孔。由于最初选用的最小点冷管直径为12mm，无法有效冷却上述位置，因此，我们对冷却水管结构进行了改进，运用了高压冷却设备和内径4mm的不锈钢点冷管。我们将铸件两侧中部的模具型芯冷却至180℃左右，大幅减少了缩孔现象，大大提高了铸件的品质。第三，改善镶嵌件分离现象。针对镶嵌件与铝合金铸件间存在的分离现象，我们采取了以下手段：首先，使用稀释剂对镶嵌件进行清洗，提高润湿性；其次，对镶嵌件实行定位孔检查和外观检查，用钢丝对部分锈斑镶嵌件除斑；其三，对镶嵌件进行预热试验，研究发现，当温度达到120℃以上时，可有效解决镶嵌件分离问题。
4结语
近年来，随着我国节能减排政策的推进和汽车轻量化的大势所趋，铝合金材料在汽车中的运用越发广泛，借助压铸成型的汽车零部件越来越多，其中就包括汽车的核心部件——发动机。当前，使用铝合金铸造下缸体已经成为了一种潮流，这样可减轻缸体重量，获得更好的缸体品质[4]。但由于下缸体结构复杂，壁厚差别较大，因此铝合金下缸体压铸成型的难度较大[5]。本文通过试验研究，分析了铝合金下缸体存在的压铸技术难点，并提出了科学设计缸体压铸件浇注系统，运用齿形激冷排气块真空压铸技术，进行镶嵌件预热等铝合金下缸体压铸技术要点。另外，还总结了铝合金下缸体出现的缩孔、气孔、缩松等压铸缺陷，并提出了相关应对策略，为汽车发动机铝合金下缸体的压铸工作提供了理论参考。
［参考文献］
[1]石海.铝合金缸体压铸工艺及品质改进[J].特种铸造及有色合金，2014（12）：1276-1280.
[2]吴春苗.压铸技术手册[M].2版.广州：广东科技出版社，2007.
[3]化海挺，罗代富，肖春春，等.发动机缸体缸盖机加检测技术发展[J].中国新技术新产品，2014（17）：6-7.
[4]李献菁，孙永正，邓俊，等.插电式串联混合动力汽车发动机起停控制策略的优化[J].汽车工程，2011（2）：112-117.
[5]黄志垣，万里，孙永明，等.汽车发动机铝合金下缸体的压铸技术及品质控制[J].特种铸造及有色合金，2012（4）：350-352.
作者：刘世毅 盛兴涛 单位：东风汽车公司技术中心
