【致远科技】汽车铝合金下缸体压铸技术要点分析及缺陷应对

总结压铸要点，做好质量控制工作尤为重。 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

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。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。

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。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8.4 kg，轮廓尺寸为382 mm× 258 mm×67 mm，压铸质量为11.1 kg，材质为A380，平均壁厚 为7.2 mm。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 2 mm，最厚处厚达 24 mm，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 4 m/s左 右 和 0.22 m/s左 右 ，压 力 控 制 在 70 MPa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12 mm，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4 mm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。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。

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。