AC4B合金低压铸造生产4G1发动机缸盖

许建辉, 李树春, 武雪亮, 贾绪甡, 魏汝民

(1. 哈尔滨东安汽车动力股份有限公司, 哈尔滨 150066; 2. 山东钢铁股份有限公司莱芜分公司)

低压铸造是一种先进的铸造生产工艺，低压铸造是介于压力铸造与重力铸造之间的一种铸造方法，具有金属液充型平稳、铸件组织致密、工艺出品率高、易实现自动化等优点，特别适合生产结构复杂的薄壁铸件，应用非常广泛。近年来，低压铸造技术得到了长足的发展，出现了一些新工艺和技术，改善了低压铸造产品的质量，提高了铸件的成品率。

低压铸造的基本原理：金属液在气体压力作用下，沿升液管自下而上通过浇道缓慢进入充填型腔和冒口，然后增压保压直至铸件完全凝固，最后解除压力，使升液管和浇道中尚未凝固的金属液由于自重流回保温炉或坩埚中。

4G1发动机缸盖是我公司的主要产品，2008年以来，销量逐年激增，产品供不应求。降低产品不良率，减少废品损失成为我公司关注的焦点。2010年4月，4G1缸盖所使用的旧模具逐渐老化，新模具刚刚进入批量生产状态，对缸盖质量造成一定影响，铸件产品合格率为95.85%，机加质量合格率稳定在96.82%。公司技术人员对铸件存在的问题做了认真研究，提出几项改进方案，付诸实施，旨在进一步降低铸件内外部不良铸造缺陷，提高产品合格率。

1 AC4B合金的基本化学成分的细化

气缸盖低压铸造所采用AC4B牌号铝合金(日本JIS5202技术标准)铸造，经过分析可知，材料成分类似于我国ZL106合金，但略有差异。表1所示AC4B合金的名义成分。

表1 AC4B合金的名义成分 /%

在4G1发动机缸盖供货合同中，规定的AC4B合金的名义成分要求范围相对较宽，如果在实际冶炼中仍按名义成分操作，就不能对铸件的实际成分进行严格控制，这会对铸件质量的稳定性存在一定的影响。我公司对AC4B合金的供货要求的化学成分进一步细化，合金成分控制范围更加准确，这样可以降低实际生产中铸件质量的波动。表2是AC4B合金的成分细化后的要求值。

表2 AC4B合金的成分细化值 /%

在相同熔炼精炼条件下，精炼温度(710±10)℃、精炼时间(600±20)s、精炼转速200～300rpm、氩气流量(20±5)l/min。经过化学成分细化，显微镜下组织相同，对AC4B合金铸件的机械加工性能没有明显的不良影响。

2 浇注条件的分析与探索

我公司低压铸造基本工艺：制芯-合金熔炼-模具准备-浇注-热处理-除砂-切割浇冒口-清理。低压铸造机、模具与合金材料是低压铸造生产工艺的三大要素，决定低压铸造件的质量。低压铸造的核心在于浇注工艺，包括升液、充型、增压、保压、卸压和冷却几个阶段。低压浇注的主要工艺参数有压力、温度和时间，其中压力控制比较重要，低压铸造中，如果铸型内排气顺利，则压力每上升0.001kg/cm2，升液管内的铝液上升4mm，对浇注过程及铸件质量的影响最大。通过改变浇注压力和调整铝液从进入型腔到充满型腔的速度，来改善4G1缸盖产品铸件质量。

表3为三组4G1缸盖产品铸件的试验结果，第二、三组的机加性能优于第一组。增加第二、三组试验铸件数量，考察试验的重现性，试验结果见表4，适当减小铝液冲入型腔速率、增加充型后的压力，对铸件质量有所改善。后来经过几个批次试验，气密性不良率可达到0.17%，试验前景看好。

表3 压力参数试验结果

表4 压力参数重现性试验结果

3 结语

低压铸造缸盖的根本还是在于建立顺序凝固的温度场，如何能够保证顺序是解决缸盖缺陷的关键。因此，应该在冷却系统上、模具结构上考虑如何实现顺序凝固。调整浇注压力与铝液速率，适当减小铝液冲入型腔速率和增加充型后的压力，对改善铸件质量，提高现场铸造条件的稳定性、兼容性具有重要作用。