摘要：採用光學顯微鏡、 X 射線探傷、模流分析等手段，結合正交試驗和力學效能檢測，研究慢壓射工藝對 YZAlSi9Cu3 發動機氣缸體壓鑄件組織和力學效能的影響。結果表明，發動機氣缸體加工面氣孔主要由慢壓射工藝設計不合理導致，慢壓射速度大於0。4m / s時，鑄件卷氣量較大， Al 液包裹衝頭油燃燒產生膠狀物較多，鑄件綜合性能下降；慢壓射速度設為 0。2m / s 時，鑄件組織緻密，含渣量較少，氣孔率低，力學效能較好。
關鍵詞 氣缸體；慢壓射；正交試驗；卷氣；力學效能
鋁合金壓鑄過程中，由於產品結構、鑄造條件和壓鑄工藝等原因，造成鑄件出現各種內部缺陷。理論和實際經驗表明，高速及切換點、澆注溫度、鑄造壓力、模具溫度等引數是引起壓鑄件缺陷的重要因素。其中，脫模劑噴塗、料筒尺寸、低速速度等因素也是引起鑄件氣孔的重要原因。但是，有關該方面的研究報道很少［1-11］。
本課題以某汽車氣缸體為研究物件，利用正交試驗探尋表面氣孔的主要因素，並設計力學試棒，結合光學顯微鏡、 X 射線探傷、模擬軟體，分析鑄件的組織、力學效能和表面品質，探究不同的慢壓射工藝對鑄件綜合性能的影響。
一、鋁合金缸體結構及成分分析
某汽車發動機缸體鑄件毛坯質量為9。2kg ，採用布勒28000kN 冷 室 壓鑄機壓鑄，鑄 件 材 質 為 YZAl -Si9Cu3鋁合金，成分見表1 。對重點部位加工檢查發現，缸體的下安裝表面出現零星氣孔，在螺紋孔附近偶爾有縮孔。分析表明，氣孔主要由壓鑄過程的卷氣導致，而縮孔主要由 Al液凝固收縮不均引起。而卷氣又產生於慢壓射和快壓射兩個階段，快壓射階段卷氣受鑄件結構、模具設計、內澆口速度等因素的約束，調整難度較大。因此，本課題從慢壓射工藝出發，探索慢壓射工藝引數對壓鑄件綜合性能尤其是氣孔缺陷的影響。
二、鋁合金壓鑄件工藝引數設計
2。1 正交試驗設計
根據汽缸體壓鑄件的結構特點，主要研究快壓射速度、高低速切換位置和慢壓射速度對鑄件表面氣孔和力學效能的影響。設計了3因素3水平正交試驗，見表2
同時，為了研究工藝引數對鑄件組織的影響並結合實際的氣孔、縮孔判定標準，檢查專案為氣孔率和抗拉強度。其中，氣孔率按照單位面積氣孔數與氣孔大小綜合判定；抗拉強度採用拉伸試樣進行試驗，試樣見圖 1 。
2。2慢壓射工藝引數設計設計了 8 種慢壓射工藝，其中， 1 工藝為拋物線變加速運動，2工藝為加速運動，見表3 ， 3～8工藝均為勻速運動，分別為 0。1 ， 0。 2 ， 0。 3 ， 0。4 ， 0。 5 ， 0。6m / s 。其他主要工藝引數：高速為2。5m / s ，高低速切換點為680mm ， Al液澆注溫度為675℃ ，鑄造壓力為90MPa 。採用壓鑄活塞直徑為 150mm ，料筒長度為 1170mm ，料筒填充率為52% ，試驗只執行慢壓射操作，即Al液不同速度的勻速慢壓射斷面。可以看出，低速越高， Al液在壓射過程中紊流越嚴重，導致卷氣量越多。當低速推至內澆口附近，待 Al 液冷卻後將其推出。
三、試驗結果分析
3。1 正交試驗結果分析
本試驗採用抗拉強度來評價鑄件的力學效能。同時，試驗還需考察鑄件表面的氣孔缺陷。每組選取 25個試樣，共 225 個試樣。表 4 為正交試驗方案及結果。從極差結果來看，因素 C 的不同水平對結果影響最大，因素 A 的次之，因素 B 影響最小。最佳工藝引數組合為 A 1 B 3 C 1 ，即快壓射速度為2。5m / s 、高低速切換點為 700mm 和慢壓射速度為 0。2m / s 。
3。2 慢壓射工藝結果分析
為直觀瞭解不同慢壓射狀態下 Al液的卷氣情況，製作慢壓射鑄件在內澆口附件的縱截面試樣。圖2為3。2 慢壓射工藝結果分析為直觀瞭解不同慢壓射狀態下 Al液的卷氣情況，製作慢壓射鑄件在內澆口附件的縱截面試樣。圖2為超過0。4m /s時，Al液卷氣尤為嚴重，鑄件上端出現較大縮孔，且組織不致密。
三、試驗結果分析
3。1 正交試驗結果分析
本試驗採用抗拉強度來評價鑄件的力學效能。同時，試驗還需考察鑄件表面的氣孔缺陷。每組選取 25個試樣，共 225 個試樣。表4為正交試驗方案及結果。從極差結果來看，因素 C 的不同水平對結果影響最大，因素 A 的次之，因素 B 影響最小。最佳工藝引數組合為 A 1 B 3 C 1 ，即快壓射速度為2。5m / s 、高低速切換點為 700mm 和慢壓射速度為 0。2m / s 。
因此，慢壓射速度儘量小一點，但考慮到 Al 液在較低速度下容易形成冷硬層和延長壓鑄週期，慢壓射低速選擇0。2～0。3m /s為宜。勻加速慢壓射斷面組織比較均勻，卷氣量較少，與勻速0。2m /s效果類似，見圖3a ；而拋物線加速慢壓射整體情況較勻加速差一些，在鑄件上端存在密集細小卷氣，見圖3b 。並且，拋物線加速設定複雜，壓鑄機執行加速度能力較差，所以，慢壓射不宜設定拋物線加速。
3。3 慢壓射的鑄件效能分析
為了進一步探究慢壓射速度對鑄件內部組織的影響，選取第 4 組（ 0。2m / s ）和第 7 組（ 0。4m / s ）兩組工藝，其他引數保持一致，從鑄件組織結構、氣孔分佈兩個方面進行對比分析，見圖 4 。
可以看出，較高的慢壓射速度容易使 Al 液紊亂，使衝頭油燃燒物被 Al 液包裹，形成孔洞類缺陷，若缺陷出現在關鍵部位會嚴重影響鑄件效能。0。2m / s下的合金組織比0。4m / s下的更緻密，鑄件含渣量少而小，分佈均勻。採用0。 4m / s的慢壓射速度壓鑄工藝，鑄件加工面出現分散氣孔；而採用 0。2m / s 的慢壓射速度在鑄件加工表面沒有氣孔，見圖 5 。
透過上述試驗可知，在試驗料筒填充率為 52% 的前提下，較小的慢壓射速度有利於 Al液平穩流動，卷氣少，氣孔較少，且 Al液平穩流動利於冷硬層和衝頭油燃燒物集聚在液流的後方並最終大機率地留在澆道或料餅中，提高鑄件品質。經驗表明，為避免低速卷氣，
料筒填充率不應低於35% 。因此，慢壓射選擇低速度為宜。
四、結 論
（1 ）隨著慢壓射速度增加，鑄件卷氣量增加，鑄件組織不致密，含渣量較多，宜選擇0。2～0。3m / s的慢壓射速度。
（2 ）採用加速度慢壓射對鑄件的綜合性能無較大影響，但工藝設定稍顯複雜，因此，慢壓射宜選擇0。2～0。3m / s 的勻速速度。
參 考 文 獻
［ 1 ］ 薄兵 。 汽車用鋁合金壓鑄件的工藝最佳化與組織及缺陷控制［ D ］ 。 南京：東南大學，2017。
［ 2 ］白硯飛。慢壓射鋁合金壓鑄件組織與效能的研究［ D ］ 。廣州：華南理工大學， 2007。
［ 3 ］吳春苗 。 壓鑄技術手冊［ M ］ 。 廣州：廣東科技出版社，2007。
［ 4 ］陳國楨，肖柯則，姜不居 。 鑄件缺陷和對策手冊［ M ］ 。 北京：機械工業出版社，1996。
［ 5 ］紀蓮清，熊守美，村上正幸，等 。 鋁合金超低速壓鑄工藝引數對鑄件效能的影響［ J ］。鑄造，2007 ， 56 （10）：1056 -1061。
［ 6 ］楊誠，楊興國，唐和雍，等 。 鋁合金壓鑄件澆口夾渣的分析及改善［ J ］ 。 特種鑄造及有色合金， 2015 ， 35 （ 11 ）：1181 - 1183。
［ 7 ］楊興國 。 壓鑄鋁合金發動機汽缸體氣孔分析及對策［ J ］ 。 特種鑄造及有色合金， 2019 ， 39 （5 ）：524 - 526。
［ 8 ］張臻 。 基於 X 射線測量的鋁合金鑄件微觀缺陷預測及分析［ J ］ 。 鑄造技術， 2014 ，35 （ 11 ）：2760 - 2762。
［ 9 ］肖世龍，黃勇，安振須，等 。 基於數值模擬的鋁合金泵體壓鑄模具及工藝最佳化［ J ］ 。 特種鑄造及有色合金，2016 ， 36 （ 6 ）：605 - 608。
［ 10 ］楊興國 。 高鋅壓鑄 ADC12ZS 合金效能的研究［ J ］ 。 特種鑄造及有色合金， 2019 ，39 （ 1 ）：38 - 41。
版權說明
：本網站部分來自網路，版權歸原作者所有，如涉及作品內容、版權和其他問題，請與本網聯絡，我們將在第一時間刪除內容！