Niederdruckgusstechnologie für Zylinderkopf aus Aluminiumlegierung von Pkw-Motoren

Ausgehend von der umfassenden Betrachtung von Kosten und mechanischen Eigenschaften ist die Ausweitung der Anwendung von Aluminiumlegierungen derzeit das wichtigste Mittel zur Gewichtsreduzierung von Pkw und zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. So besteht beispielsweise der Zylinderkopf des Motors jetzt vollständig aus einer Aluminiumlegierung. Obwohl es viele Herstellungsverfahren für Zylinderköpfe aus Aluminiumlegierungen gibt, sind die gängigsten Herstellungsverfahren Metallformguss und Niederdruckguss. Unter ihnen verwenden Europa und China hauptsächlich Metallformen, während Japan und die Vereinigten Staaten mehr Niederdruckguss verwenden.

Im Vergleich zum Schwerkraftguss hat Niederdruckguss die Vorteile einer guten Umformqualität und einer hohen Prozessausbeute durch Füllung und Kristallerstarrung unter Druck, aber für Zylinderkopfgussteile mit komplexen Formen und hohen Leistungsanforderungen gibt es komplexe Prozesse, Steuerung erfordert fortgeschrittene technische Schwierigkeiten. Daher konzentriert sich dieser Artikel auf die Niederdruckgusstechnologie von Zylinderköpfen aus Aluminiumlegierungen und die Schlüsselpunkte der Parametersteuerung, um die technischen Vorteile des Niederdruckgussverfahrens voll auszuschöpfen und hochwertige Zylinderkopfgussteile herzustellen .

Die Eckpunkte des Niederdruckgussverfahrens des Zylinderkopfes

2.1 Beispiel eines Angusssystems

Der Niederdruckguss-Prozessplan des Zylinderkopfs hat im Allgemeinen die Form eines Steigrohres und mehrerer Angüsse, was eine Form der Mehrgewichtsteilung darstellt. Beispielsweise weist der Vierzylinder-Zylinderkopf zwei repräsentative Angusssysteme auf, nämlich zwei oder vier Angussöffnungen an der Seite des Brennraums. 2 ist ein schematisches Diagramm des Prozesses von zwei Gattern. Dieses Schema ist für eine Form oder zwei Formen geeignet.

2.2 Legierungsmaterialien und Schmelzen

Als Material für den Zylinderkopf aus Aluminiumlegierung werden im Allgemeinen Legierungen der AI-Si-Cu-Reihe wie ZL105 und 107 gewählt. Wenn Dehnung und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind, können auch ZL101 und ZL104 verwendet werden. Um qualitativ hochwertiges geschmolzenes Metall zu erhalten, sollte der Standardvorgang eine Ar-Gas-Rotationsblasverfeinerung und Zugabe von Sr zum Modifizieren und AJ-Ti-B zum Verfeinern der Körner verwenden.

2.3 Gießvorgang

2.3.1 Werkzeugwartung

Eine regelmäßige Reinigung und Wartung der Form ist sehr wichtig für die stabile Produktion hochwertiger Zylinderkopfgussteile und die Verlängerung der Lebensdauer der Form. Im Allgemeinen sollte die Formwartung nach jeweils 500-700 produzierten Teilen durchgeführt werden. Der Hauptinhalt besteht darin, das Werkzeug zu demontieren, die Oberflächenbeschichtung der Kavität mit einer weichen Bürste zu reinigen und Aluminiumspäne und Beschichtungspartikel zu entfernen, die in den Spalt zwischen der Auswerferstange und der Absaugöffnung eindringen. , Um die Qualität der Gussform, einen reibungslosen Auswurf und einen reibungslosen Auspuff zu gewährleisten.

2.3.2 Beschichtung

Vor dem Gießen wird die Form auf ca. 200℃ vorgeheizt und mit Farbe besprüht. Die Form des Zylinderkopfes ist kompliziert, daher sollte besonderes Augenmerk auf die unterschiedliche Dicke des Lacks in den verschiedenen Teilen gelegt werden. Die Beschichtungsdicke von allgemeinen Teilen wird innerhalb von 0.1 --- 0.2 mm kontrolliert: die Präzisionsanforderungen sind hoch. Zum Beispiel sollte die Oberfläche der Brennkammer mit feinen Partikeln mit einer Dicke von O.OSmn beschichtet werden. Für Anschnitte, Steigleitungen, Innenläufer und andere Stellen, die langsam verfestigt werden müssen, kann es dicker sein, im Allgemeinen etwa 0.5-1 mm.

2.3.3-Filter

Der Zweck der Anordnung des Filters besteht darin, zu verhindern, dass die Oxidverunreinigungen im Steigrohr in den Hohlraum eindringen und eine laminare Füllung bilden. Kann billig und effektiv galvanisiertes Metallgewebe verwendet werden, der Durchmesser des Drahtes beträgt 4-0.6 mm, 1214 Maschen.

2.3.4-Temperatur

Die Temperatur des geschmolzenen Aluminiums hat einen großen Einfluss auf die inneren Defekte des Zylinderkopfes und das Aussehen. Der Gießgrad sollte im Bereich von 680-730 liegen und die Temperaturabweichung im tatsächlichen Betrieb sollte innerhalb von 20°C kontrolliert werden.

Das Niederdruckgießen zeichnet sich durch eine gute sequentielle Erstarrung aus. Danach ist es wichtig, die Temperatur des Reports im Niederdruckguss moderat zu halten. Die ideale Werkzeugtemperaturverteilung wird vom Anguss zum oberen Werkzeug allmählich reduziert und der spezifische Oberflächenkontrollbereich jedes Teils wird angepasst, um ihn zu erhalten. Das oben erwähnte Temperaturfeld und die Verbesserung der Leistung der Zylinderkopfgussteile und Verkürzung des Produktionszyklus müssen an der Oberform und der Seitenform durchgesetzt werden. abkühlen. Im Allgemeinen unterteilt in wassergekühlte und luftgekühlte, mit Mehrkanaleinstellungen wird jeder Kanal unabhängig automatisch gesteuert (Durchfluss und Druck). Die Wasserkühlung verwendet eine Druckwasserpumpe, um das Problem des schlechten Wasserflusses zu lösen, der durch die Hochtemperaturverdampfung in der Form verursacht wird, und Druckluft wird zur Luftkühlung verwendet.

Da der Zylinderkopf mehrere Angüsse hat, führt der kurze Abstand zwischen den beiden Angüssen dazu, dass die Temperatur des Gussteils zwischen den Angüssen ansteigt und die Erstarrungsreihenfolge des Angusses und dieses Teils umgekehrt wird. Daher muss in diesem Teil eine lokale Zwangskühlung eingestellt werden, um den erforderlichen Temperaturgradienten zu erhalten.

In Anbetracht der Lebensdauer und Sicherheit der Form sollte die indirekte Kühlung die Hauptkühlungsmethode sein, und die direkte Kühlung kann verwendet werden, wenn die Dicke der lokalen Gussteile groß ist. Es gibt zwei Methoden für die Kühlintensität: Zeitsteuerung und Temperatursteuerung. Die Zeitsteuerung soll die Zeit des Durchleitens von Wasser oder Luft steuern. Diese Methode ist einfach und leicht zu implementieren, aber die Genauigkeit ist nicht hoch. Die Temperaturregelung besteht darin, ein Thermoelement an der Kühlposition einzurichten, und der PC schaltet das Kühlwasser oder die Luft entsprechend der vom Thermoelement gemessenen Temperatur ein oder aus. Die Regelgenauigkeit ist relativ hoch.

In den letzten Jahren hat die Entwicklung der numerischen Erstarrungssimulationstechnologie eine gute Referenz für die Optimierung des Niederdruckgussverfahrens von Zylinderköpfen geliefert. Es kann die Erstarrungstestergebnisse unter verschiedenen Bedingungen vollständig erfassen, die Kontrolle des Gießprozesses stärken und die Qualität der Gussteile sicherstellen.

2.3.5 Druckaufbauzeit

Die Zeit vom Füllen bis zum Erstarren des Angusses wird als Presszeit bezeichnet, die stark von der Temperatur beeinflusst wird. Unter stabilen Produktionsbedingungen wird die Druckbeaufschlagungszeit, obwohl sie mit dem Gewicht des Zylinderkopfs variiert, im Allgemeinen auf 2–8 Minuten gesteuert. Im Hinblick auf die Verbesserung der Produktionseffizienz können Methoden wie eine Form, zwei Teile, zweistufige Druckbeaufschlagung usw. verwendet werden, um die Zeit zu verkürzen.

2.3.6 Entformungszeit

Wie die Druckbeaufschlagungszeit ändert sie sich aufgrund von Temperaturänderungen. Wenn die Zeit kurz ist, lässt sich das Gussstück leicht verformen; Wenn die Zeit zu lang ist, bleibt der Guss leicht in der Form hängen und kann nicht herausgenommen werden. Daher wird sie im Allgemeinen bei etwa 1/3 der Druckbeaufschlagungszeit gesteuert. Um die Abkühlgeschwindigkeit des Gussstücks zu erhöhen, kann beim Ziehen der Form zuerst die Seitenform mit geringem Entformungswiderstand geöffnet werden und die obere Form kann nach einer gewissen Zeit des Abkühlens geöffnet werden.

2.3.7 Druckkurve

Der Druckbeaufschlagungsdruck beeinflusst direkt die Flüssigkeitsfüllleistung und die Zufuhrwirkung des geschmolzenen Metalls, und die Druckbeaufschlagungskurve ist ein wichtiger Teil der Steuerung des Niederdruckgussverfahrens. Der Druckbeaufschlagungsdruck kann nach folgender Formel berechnet werden:

P = γx(1+S/A) x ΔH x 10-2

In der obigen Formel, P-Druck (MPa), γ-Aluminium-Flüssigkeitsdichte (2.4-2.5), ΔH-Aluminium-Flüssigkeitssteighöhe (m), S-Heberohr-Querschnittsfläche (m2), A-Hohlraumquerschnitt -Schnittfläche ( m2)o

Der Zufuhrdruck des Steigrohrs beträgt im Allgemeinen etwa 0.005–0.01 MPa. Obwohl die Wirkung von Hochdruck gut ist, führt ein Druck über 0.01 MPa dazu, dass sich die Farbe ablöst, die Aluminiumflüssigkeit die Entlüftung der Form blockiert und in den Sandkern eindringt. Es ist sehr notwendig, das durch die Verbrennung des Sandkerns erzeugte Gas während des Gießvorgangs rechtzeitig abzuführen, aber da der im Zylinderkopf verwendete Sandkern eine komplexe Struktur und die größte Anzahl hat, ist es schwierig, eine große Zahl einzustellen von Entlüftungslöchern in der Form. Zu diesem Zeitpunkt kann das Erhöhen des Speiserdrucks des Speisers bis nahe der oberen Grenze wirksam verhindern, dass das Gas in das Gießen involviert ist.

Die Änderung des Flüssigkeitsspiegels in der Zitrushöhle beeinflusst die Wiederholbarkeit der Druckkurve, daher sollte der Druck bei der Zitruskatastrophe automatisch ausgeglichen werden. Für Zylinderkopfgussteile können Sensoren eingestellt werden, um den Nullpunkt I81 der Druckkurve genau zu kontrollieren.

Wenn der Abstand zwischen dem unteren Ende des Steigrohrs und dem Boden der orangefarbenen Krücke zu kurz ist, erzeugt die Lösung außerdem leicht turbulente Strömung. Daher beträgt der Abstand zwischen dem unteren Ende des Steigrohrs und dem Boden des orangefarbenen Topfes ungefähr 200 mm, ohne die Verwendung der Lösung zu beeinträchtigen.

Gussfehler und Gegenmaßnahmen

Tabelle 1 listet die häufigsten Mängel des Niederdruckgusses und die zu ergreifenden Maßnahmen auf. Bei einem komplexen Teil wie einem Zylinderkopf kann die Schwankung verschiedener Parameter die Qualität des Gusses beeinträchtigen. Daher ist es notwendig, zu verschiedenen Aspekten wie Prozessplan, Schablonendesign, Gießprozess etc. eine detaillierte Analyse und Untersuchung durchzuführen, um die verschiedenen Fehlerursachen zu klären und auf dieser Grundlage entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.

Zusammenfassung 

Bisher sind Zylinderköpfe aus Aluminiumlegierung eines der wenigen limitierten Autoteile, die für Niederdruckguss geeignet sind. Daher nutzen sie die Vorteile einer hohen Produktionsrate und einer guten internen Qualität voll aus, um die Produktion und Anwendung der inländischen Niederdruckgusstechnologie in Zylinderköpfen aus Aluminiumlegierungen zu erweitern. Um sich an die rasante Entwicklung der Autotechnologie meines Landes anzupassen.

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