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发动机铝合金缸盖的低压铸造模具设计及工艺验证

谢秀真  
【摘要】: 低压铸造具有铸件尺寸精度较高、充型平稳、易获得优质铸件以及后续加工量少、节能降耗等许多优点,已成为生产汽车铝合金铸件的重要工艺,是缸盖铸造生产的发展趋势。低压铸造生产汽车铝合金缸盖在中国刚刚起步,目前还没有非常成熟的低压铸造生产铝合金缸盖的理论和技术,因而对铝合金汽缸盖低压铸造技术进行研究具有重要的工程应用价值,对中国的汽车工业的快速发展也具有重要的意义。 本文根据低压铸造凝固原理,利用模具CAD技术以及CAE数值模拟等方法,对缸盖的低压铸造模具设计的过程与铸件充型、凝固过程的数值模拟进行研究。首先,结合低压铸造及缸盖本身的结构特点、质量要求,对缸盖进行模具结构设计及工艺系统设计进行研究,包括:模具整体结构的确定、模具分型面的确定以及模具外形尺寸的确定原则、模具壁厚与金属型的热平衡之间的关系、铸件的浇注系统的设定、内浇口截面积的计算、冷却系统的设置、各种排气方法的应运、砂芯的定位以及砂芯射口的确定等内容。 然后,基于低压铸造的充型过程和凝固过程的基本理论,将缸盖铸件模型导入Anycasting铸造模拟软件中,先进行有限差分网格的划分,再进行工艺参数、加压规范的设定,然后对低压铸造缸盖的充型过程及凝固过程进行模拟分析。确定缸盖的最终的加压规范为充型时间为15秒,铸件达到完全凝固时所需要的时间大约为350秒。同时对缸盖外模的温度场分布进行模拟,模具温度场分布满足低压铸造顺序凝固的要求。并对缸盖可能产生的铸造缺陷的位置进行预测并做相应的分析,结合模拟的结果对所设计的模具工艺方案进行优化,解决了缸盖铸件在浇口附近厚大部位的缩孔和缩松缺陷问题。 最后,本文介绍了铝合金缸盖低压铸造的实际试生产过程:制芯、熔化、浇注、清理及后处理等以及各环节中需要注意的问题。并提出缸盖低压铸造中主要的质量控制点,如:缩孔与缩松的形成原因与解决措施、氧化夹杂的成因与解决措施等。解决了生产中的实际难题,积累了经验和数据,缩短了产品的开发周期,使得该产品顺利投入量产。


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