氣缸蓋模具技術(shù)開發(fā)及設(shè)計(jì)初探

發(fā)布日期:2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽:5178

    定邦模具廠創(chuàng)建于上世紀(jì)90年代初期,專業(yè)從事汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金缸蓋金屬型重力鑄造模具設(shè)計(jì)與制造,迄今已生產(chǎn)了20多種型號(hào),60多套氣缸蓋模具。21世紀(jì)初,為適應(yīng)中國汽車工業(yè)大發(fā)展的潮涌,聘請國內(nèi)金屬型重力鑄造的工藝、模具方面的10多位專家組建了定邦汽車缸蓋模具研究所,致力于汽車缸蓋(鋁合金)的鑄造工藝和模具的開發(fā)和研究。  

    汽缸蓋是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)十分重要的部件,其上部置有凸輪軸,下部與氣缸體、活塞組成燃燒室,兩邊是進(jìn)氣道和排氣道,與油氣進(jìn)入的進(jìn)氣歧管件和廢氣排出的排氣管件相接,內(nèi)有貫穿的冷卻水道和潤滑油路。因此,在對發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和工作性能的影響舉足輕重也就很清楚了。氣缸蓋的工作情況是,當(dāng)燃?xì)庠谌紵覂?nèi)爆燃時(shí),氣體溫度瞬間高達(dá)1100℃以上,這種高溫?zé)釠_擊反復(fù)作用產(chǎn)生高達(dá)7MPa壓力直接于汽缸蓋與汽缸體的連接處。因此,氣缸蓋在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作過程中是處于高溫狀態(tài)下,承受巨大的熱沖擊作用,工作條件甚為惡劣。從氣缸蓋的鑄件結(jié)構(gòu)上來看,內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜,形狀多變化,壁厚不勻,其中氣缸蓋冷卻水道內(nèi)腔彎彎曲曲,壁厚一般在4-5毫米,最薄處只有2.5毫米。而且隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)向高效率、低油耗、少污染的方向發(fā)展,氣缸蓋的結(jié)構(gòu)會(huì)變得愈來愈復(fù)雜。  

    由于缸蓋的特定工作條件要求,對缸蓋的性能要求非常高。例如氣缸蓋要承受起0.3-0.4MPa的氣密試驗(yàn)無滲漏;在幾何形狀上進(jìn)排氣道要求很嚴(yán),其直接影響油氣進(jìn)入的方向,混合情況,直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率,起動(dòng)速度,一般都進(jìn)行流道試驗(yàn)檢查;燃燒室容積是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)(排氣量的一個(gè)組成),對電噴發(fā)動(dòng)機(jī)而言,其燃燒室容積誤差,還直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)減少“爆缸”,影響發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性,一般要求容積誤差在2.5%以內(nèi),也就是說只有零點(diǎn)幾毫升誤差;缸蓋內(nèi)部的冷卻水道形狀和容積大小對發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命都會(huì)直接有影響。因此,我們說汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的鑄造生產(chǎn)技術(shù)要求高、難度大,其模具的設(shè)計(jì)、制造是其中很重要和很關(guān)鍵的一個(gè)保證。  

    汽車工業(yè)率先發(fā)展鋁鑄造工業(yè)以來,曾先后出現(xiàn)了多種鑄造工藝的應(yīng)用,如金屬型重力鑄造、低壓鑄造、高壓鑄造、砂型鑄造以及消失模鑄造等。伴隨著數(shù)十年歷程的市場競爭和技術(shù)的不斷改造,發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件鋁缸蓋的生產(chǎn)工藝已基本走向統(tǒng)一,那就是起著主導(dǎo)作用的金屬型重力鑄造工藝。目前,在全球幾仟萬件鋁缸蓋總產(chǎn)量中,近85%的鑄造生產(chǎn)都是采用金屬型重力鑄造工藝的。  

    金屬型重力鑄造工藝的優(yōu)勢:  

    1.金屬型重力鑄造工藝在全球應(yīng)用最為廣泛,是最佳的選擇  

    2.在同等生產(chǎn)規(guī)模下,比其它的鑄造工藝(如低壓鑄造)比較,體現(xiàn)了整體投資的經(jīng)濟(jì)性,以最少的投資提供最大的生產(chǎn)能力。  

    3.金屬型重力鑄造模具的工藝可靠,質(zhì)量穩(wěn)定,定型后模具壽命長,維修簡單,占地面積小。  

    4.金屬型重力鑄造工藝生產(chǎn)鋁缸蓋、進(jìn)氣歧管成品率明顯優(yōu)于其它鑄造工藝。模具成本低,協(xié)調(diào)澆注系統(tǒng)靈活性好。  

    在缸蓋模具設(shè)計(jì)制造中,因?yàn)槊總(gè)型號(hào)的原型設(shè)計(jì)就有差別,日本零件按低壓鑄造設(shè)計(jì)的較多,采用重力鑄造時(shí),不可避免要對鑄件的結(jié)構(gòu)或壁厚作些同步改造。西歐美國一般設(shè)計(jì)零件時(shí)就采用重力鑄造。  

    現(xiàn)市場缸蓋生產(chǎn)采用二種形式的澆鑄方式,與廠家的生產(chǎn)習(xí)慣和配套設(shè)施切切相關(guān)。一是水平澆注方式,模具水平放置,鋁水直接倒在澆道中;二是可傾式澆注方式,模具跟著澆臺(tái)從0°-90°傾轉(zhuǎn),料斗跟著模具邊傾轉(zhuǎn)邊進(jìn)料(現(xiàn)在已是我廠澆鑄缸蓋、進(jìn)氣歧管的主流方向)?蓛A式成品率比水平可增加5-6個(gè)百分點(diǎn)。  

    根據(jù)我廠多年來的制作經(jīng)驗(yàn),已探索出一套比較可行的鑄造工藝:  

    a.掌握順序冷卻和均衡冷卻的原理,根據(jù)不同缸蓋型號(hào)要求作出相應(yīng)的對策。  

    b.澆冒口系統(tǒng)熔入模具設(shè)計(jì)中,是模具的組成部分,保證澆注時(shí)鋁液不產(chǎn)生紊流,不產(chǎn)生渦流,開放式澆道是關(guān)鍵(進(jìn)料、排氣、補(bǔ)縮分明)。  

    c.采用了CAD/CAM在鑄造模具的設(shè)計(jì)、制造上應(yīng)用。使用Ug和Proe造型軟件,加工中心數(shù)控加工,保證了模具的精度和重復(fù)性。  

    d.泥芯定位準(zhǔn)確和泥芯排氣通道順暢,有些水道芯結(jié)構(gòu)排氣困難時(shí)芯頭處可考慮引氣。  

    e.熱芯盒匹配相應(yīng)的射芯機(jī),難度大的水道芯一般必須在氣混砂的情況下才能做得好,射口截面一般與芯子的平面平方有一定的比例。  

    f.每壹個(gè)缸蓋,一般澆出后和熱處理后都要變形的,為保證每個(gè)燃燒室容積相等,所以模具上燃燒室的高度安排是不同的。  

    g.我廠設(shè)計(jì)的澆冒口系統(tǒng)材料與工件,比例一般控制在0.5~0.8:1(冒口+澆口重量):(鑄件質(zhì)量)。  

    經(jīng)過我廠實(shí)踐,得出結(jié)論:氣缸蓋采用可傾式重力鑄造工藝成品率最高。一般熔煉工藝匹配好,成品率可達(dá)90%以上。

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