气缸端盖压铸模设计
学 生：xx 指导老师：xxx 三峡大学机械与材料学院
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,因而对铝合金气缸盖低压铸造技术进行研究具有重要的工程应用价值,对中国的工业的快速发展也具有重要的意义首先,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
本文介绍了铝合金带轮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。
关键词：低压铸造；铝合金 ；气缸盖；模具设计
ABSTRACT: Low pressure die casting is an important process of aluminum alloy die casting for manufacturing industry with the advantage of high precision, smooth filling, easy to make high quality casting and small machining allowance, saving energy etc. which has been the development trend for Cylinder Head casting industry. In China, as Low Pressure Die Casting for Aluminum Alloy cylinder head is still in the initial step now, and the theory and technology for Low Pressure Die Casting Aluminum Alloy cylinder head is not very maturity. So there will be important value for engineering application to perform the study on aluminum alloy cylinder head low pressure die casting process and technology, and also for our country industry rapid development.
This article introduces Al-alloy cylinder head low pressure die casting actual production processes, such as sand core making, melting, pouring, cleaning and
post-treatment, as well as the main problems in each process.Raise the key quality control points for Al-alloy cylinder head low pressure die casting, such as: the reasons for shrinkage holes and porosity and its solutions,as well as oxide inclusion. This article solves the difficult problem during the
production and provides the data and experience for later other die casting product developing to shorten the development lead time, which make thisproduct enter into the mass production smoothly.
Key words: low pressure die casting, aluminum alloy cylinder header, tooling design, process optimization
前 言
1.1低压铸造概述
1.1.1低压铸造的工艺过程
低压铸造是便液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。其工艺过程（见图1）是：在密封的坩埚（或密封罐）中，通入干燥的压缩空气，金属液2在气体压力的作用下，沿升液管4上升，通过浇口5平稳地进入型腔8，并保持坩埚内液面上的气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使开液管中未凝固的金属液流坩埚，再由气缸12开型并推出铸件。
图1低压铸造的工艺示意图
1一保温炉 2一液体金属 3一坩埚 4一升液管 5一浇口 6一密封盖 7一下型 8一型腔 9一上型 10一顶杆 11一项杆板 12一气缸 13一石棉密封垫
低压铸造是—种特种铸造工艺,是介于压力铸造和重力铸造之间的—种新的浇注工艺。在装有合金液的密封容器(坩埚)中,通入干燥的压缩空气(或者惰性气体),作用在保持—定浇注温度的合金液面上,造成密封容器内与铸型型腔内的压力差,使合金在较低的充型压力(0.01—0.05MPa)作用下,沿着升液管内孔自下而上地经升液通道、铸型浇口、平稳地充入铸型中,待合金液充满型腔后,增大气压,使型腔里的合金液在较高的压力作用下结晶凝固,然后卸除密封容器内的压力,让升液管、浇道内尚未凝固的合金液依靠自身的重力回落到坩埚中,再打开铸型取出铸件。至此,即完成了—个低压浇注工艺过程。
低压铸造解决了重力铸造中浇注系统充型和补缩的矛盾。在重力铸造中为了充型平稳,避免气孔、夹渣,常采用底注式,因此铸型内温度场分布不利于冒口补缩。低压铸造则巧妙地利用坩埚内气压,将金属液由下而上充填铸型,在低气压下
保持浇道与补缩通道合二为—,始终维持铸型温度梯度与压力梯度的—致性,从而解决了重力铸造中充型平稳性与补缩的矛盾,而且使铸件品质大大提高。同时,由于低压铸造有较高的补缩压力和温度梯度,有效地提高了厚大断面铸件的致密性,所以用低压铸造的方法可以获得比—般重力铸造质量更高的铸件。而且,低压铸造所用的浇注系统比较简单,可使铸件成品率大大提高,通常可在90%以上。
1.2低压铸造的国内外发展历史及研究现状
1.2.1国内外发展历史
低压铸造法的雏形可以追溯到上世纪初。适用于铝合金是1917年在法国，1924年在德国提出的申请，但并没有形成大规模的工业生产。为商业的目的而开始生产是在二战以后的1945年，由英国的路易斯先生创立了阿鲁马斯库公司，开始生产雨水管道、啤酒容器等。在那以后的五十年代里，奥地利和德国开始生产气缸头。
1958年美国的泽讷拉路默它斯在小型汽车的发动机零件上（气缸头、箱体、齿轮箱）大量运用了铝合金铸件，并采用了低压铸造法。这件事对至今仍广泛采用的低压铸造法而言是不可或缺的推动，特别是在全世界的汽车工业界引起了极大的反响。低压铸造法被介绍进我国是1957年左右，但真正引起业界的注意，开始进行各种研究、引进设备是从1960年左右开始的。但是这种打破了以往常识的划时代的工艺方法，几乎没有冒口，与已经作为一种“技术”确立起来的重力金型铸造的技术相比具有完全不同的难度，因此业界的反应比较冷淡。
在这种状况下，1961年的轻型汽车用空冷气缸头的生产成为低压铸造法在我国实用化的开端。以后的发展非常迅速，在克服了多个技术难题后，利用低压铸造法所具有的材料利用率高、容易实现注汤自动化等优点，以汽车部件为中心，逐步确立了轻合金铸件的主要铸造法的牢固地位。在铝合金铸件的生产量中，低压铸造品已占了大约50%，并以其巨大的生产量和优良的品质而著称于世。产品扩大到汽车相关部件，如气缸头、气缸体、刹车鼓、离合器罩、轮毂、进气岐管等。特别是1970年以后大量应用在轮毂上，并且随着汽车轻量化和提高性能等要求，在以往从未有过的复杂内部品质和机械性质的严格要求下，气缸头、气缸体上的使用也逐渐增加。
我国是从50年代开始研究低压铸造的,经过半个世纪的发展,从简单件到复杂零件,从铝合金到铜合金,从有色低压铸造到黑色低压铸造,我国的低压铸造技术不断发展,日臻完善。尤其是近年来,随着中国汽车工业的飞速发展和国际间技术合作与交流的增强,如广州肇庆本田金属公司、昌河铃木公司(九江)、天津丰田公司、烟台大宇东岳动力公司、沈阳三菱以及瑞明集团等几家公司纷纷引进低
压铸造工艺用于生产气缸盖铸件。六丰机械、扶顺轮毂、秦皇岛戴卡轮毂公司和广东中南铝合金轮毂公司等用低压铸造生产铝轮毂。目前,我国己有许多科研单位如沈阳铸造研究所、中国兵器工业第五二研究所以及中国科学院金属研究所等正在从事低压铸造的研究工作,并在扩大其应用范围,尤其是对低压铸造的工艺参数和工艺控制的研究工作不断深化,设备的机械化、自动化和稳定化水平也在迅速地提高。
综上所述,低压铸造在我国的研究和应用虽然时间不长,但发展很快,己经从生产轻金属发展到重金属,又从有色合金发展到黑色金属,铸件从小到大、从简单到复杂。低压铸造铸件所占的比重不断增加,工艺装备日趋完善,机械化、自动化水平不断提高。因此,低压铸造将展现更广阔的应用前景。 1.2.2 低压铸造研究现状
低压铸造是目前较为广泛应用的铸造成型工艺，随着工业技术的不断发展，对低压铸造质量的要求越来越高。目前低压铸造方面出现了多种新技术，如电磁泵低压铸造技术，新低压铸造技术，反重力铸造技术等。
随着计算机硬件水平的提高，铸造CAE软件对实际生产的指导作用日益显著。低压铸造领域也开始使用它们来优化和改进工艺，以便提高产品质量、降低废品率、减少冒口损耗、提高成品率、缩短试制周期、降低生产成本、减少工艺设计对人员经验的依赖、保持工艺设计水平稳定等。经十多年开发的计算机模拟仿真中北大学铸造中心CASTsoft是分析优化铸造工艺的专用系统，是在生产实践中完善的软件产品：它以充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心。进行铸造工艺的分析，可完成多种合金材质和铸造方法的流动分析、凝固分析、流动和温度的耦合分析。
低压铸造技术的发展趋势有以下几个方面：
1）采用新的加压方式，提高气体压力和金属液流量的控制精度和平稳性； 2）低压铸造工艺与多种铸造工艺相结合； 3）大型铸件低压铸造技术；
4）低压铸造设备向全自动、高精度、大型化发展。
低压铸造技术是一种多用途的先进的铸造工艺方法，该技术铸造的铸件质量优良应用范围广泛，并不断地在扩展，同时，越来越多的科研人员开始投入或关注低压铸造技术的研发，使得低压铸造技术的应用前景更加广阔。
1.3 铝合金缸盖低压铸造时存在的主要问题
目前,铝合金缸盖低压铸造时存在的主要问题如下:
1 .模具设计水平低低压铸造件模具设计,目前国内水平—般凭经验设计,对于