引言

在一體化壓鑄、結(jié)構(gòu)件、三電產(chǎn)品等作為主流的當(dāng)下市場(chǎng)，再去論述傳統(tǒng)燃油車缸體的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，顯得老生常談。但是十年前缸體的開發(fā)難度并不亞于現(xiàn)在的任何新興產(chǎn)品，作為燃油車核心代表性部件，對(duì)于它的模具及工藝開發(fā)特點(diǎn)還是有很多值得論述學(xué)習(xí)的。希望可以通過以下分享給壓鑄技術(shù)同行們帶來一定的幫助。壓鑄原理都是相通的，好的設(shè)計(jì)理念我們應(yīng)該做到一通百通，以不變應(yīng)萬變。實(shí)用的技術(shù)都是簡(jiǎn)單直接的，沒有那么多的彎彎繞，下面我們直接進(jìn)入主題。

一 缸體產(chǎn)品的特征及可能存在的問題分析

1．通常缸體的基本壁厚都在3.8~4.5mm，這是對(duì)于壓鑄工藝來講非常利于填充的壁厚。

2．如何避免曲軸及油道等局部厚大區(qū)域的大面積縮孔和泄漏問題是澆排和工藝設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的區(qū)域。

曲軸厚大區(qū)域

油道交匯厚大區(qū)域

3．由于水道、通風(fēng)孔、缸孔對(duì)鋁液填充的阻隔，缸蓋面的表面氣孔問題也是需要持續(xù)關(guān)注。

4．曲軸安裝孔、缸蓋安裝孔因氣縮孔控制不好與油道貫通產(chǎn)生的泄漏問題，及組織致密性差導(dǎo)致機(jī)械性能不達(dá)標(biāo)。

5．所有缸體中心軸位置都有缸孔，這就好比因?yàn)楦卓椎拇嬖趯⒄麄€(gè)產(chǎn)品劃分成了兩個(gè)對(duì)立的單獨(dú)產(chǎn)品，而缸孔對(duì)整個(gè)缸體產(chǎn)品在壓鑄填充過程中的阻隔是缸體類產(chǎn)品在澆排系統(tǒng)選擇中影響最大的因素之一（除極個(gè)別特殊情況外）。

二 缸體澆排方向的選擇

按照缸體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及分型特征，缸體的澆排方向無非是單側(cè)進(jìn)澆和雙側(cè)進(jìn)澆，當(dāng)然很多年前也有人嘗試中心進(jìn)料，多年實(shí)踐以后現(xiàn)行的主流就這兩類。兩種進(jìn)料的共同點(diǎn)都是采用鷹嘴式的沿壁厚灌入式澆口形式，下面分別論述兩類澆口的優(yōu)缺點(diǎn)。

1．單側(cè)進(jìn)澆優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蝹?cè)進(jìn)澆由于鋁水從一側(cè)往另一側(cè)順序填充，在天側(cè)滑塊設(shè)置大的排氣和真空，對(duì)于整個(gè)填充過程的排氣排渣效果相對(duì)較為有利；

（2）優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蝹?cè)進(jìn)澆往往會(huì)選擇特征較為復(fù)雜的主油道側(cè)進(jìn)行入料，所以通常主油道等關(guān)鍵區(qū)域附近質(zhì)量相對(duì)較好，此點(diǎn)也符合關(guān)鍵區(qū)域優(yōu)先進(jìn)料的澆排設(shè)計(jì)原則；

（3）缺點(diǎn)：如上述由于缸孔對(duì)于流態(tài)的阻隔，單側(cè)進(jìn)料鋁水的填充通道只有曲軸部位，這相當(dāng)于將天側(cè)面分割成了幾塊，然后鋁液在天側(cè)面進(jìn)行交匯；如果以缸孔為中心，這勢(shì)必造成天側(cè)面的成型質(zhì)量要整體差于進(jìn)料側(cè)，所以此種進(jìn)料方式整個(gè)產(chǎn)品的致密性是按照進(jìn)料方向遞減的；遠(yuǎn)端存在縮孔而發(fā)生泄露的問題往往無法解決，只能通過浸滲來降低泄露率；

（4）缺點(diǎn)：正因?yàn)榇嬖谏鲜鰡栴}，單側(cè)進(jìn)料往往需要更大的速度和壓力來彌補(bǔ)填充通道的不足，這也間接降低了模具壽命，至少是進(jìn)料側(cè)的壽命。

2．雙側(cè)進(jìn)料優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）優(yōu)點(diǎn)：由于缸孔的阻隔，某種意義上我們可以將產(chǎn)品一分為二視為左右兩側(cè)兩個(gè)獨(dú)立產(chǎn)品，所以雙側(cè)進(jìn)料每一側(cè)都只負(fù)責(zé)一側(cè)的成型，這樣理解的話，此種進(jìn)料方式下，整個(gè)產(chǎn)品的組織均勻性會(huì)有質(zhì)的提升；對(duì)于兩側(cè)的乃至中間曲軸等厚大區(qū)域的壓力傳遞及補(bǔ)縮效果也是最佳的；

（2）優(yōu)點(diǎn)：雙側(cè)進(jìn)料比單側(cè)的進(jìn)料面積要大，從一定程度上降低了對(duì)高速高壓工藝條件的需求，相較于單側(cè)進(jìn)料需要高速高壓來彌補(bǔ)填充通道不足的弊端此種條件下對(duì)于模具填充過程中的沖刷也可以有大幅的降低；

（3）優(yōu)點(diǎn)：雙側(cè)進(jìn)料相較于單側(cè)的填充流程更長(zhǎng)，這也擴(kuò)大了壓鑄生產(chǎn)的工藝窗口；

（4）缺點(diǎn)：兩側(cè)從上往下單方向填充，不利于排氣排渣，容易在缸蓋面及天側(cè)頂端發(fā)生卷氣。

3．通過以上對(duì)比，很顯然可以得出的結(jié)論：

無論是從產(chǎn)品鑄造質(zhì)量或模具壽命，雙側(cè)進(jìn)料都要優(yōu)于單側(cè)進(jìn)料；單側(cè)進(jìn)料由于受限于產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)是無法改變的，而雙側(cè)進(jìn)料只需要解決此種狀態(tài)下的排氣問題即可。

三 缸體雙側(cè)進(jìn)料澆排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1．填充順序的控制：

要解決排氣問題首先需要考慮的是各個(gè)內(nèi)澆口從前端到末端的填充順序，從第一個(gè)內(nèi)澆口入料開始到最后一個(gè)內(nèi)澆口入料必須是有一個(gè)明顯梯度的順序填充，如下圖所示：

2．上述填充順序的澆口設(shè)計(jì)：

要嚴(yán)格控制上述的填充順序和梯度，重點(diǎn)是要對(duì)每個(gè)內(nèi)澆口尤其是前兩個(gè)內(nèi)澆口的入料導(dǎo)向，鋁液流動(dòng)是往背壓小的區(qū)域優(yōu)先填充的，內(nèi)澆口厚度小，所以通常大部分鋁液會(huì)優(yōu)先充滿主澆道然后再往內(nèi)澆口逐個(gè)填充，所以導(dǎo)向設(shè)計(jì)首先要克服背壓這個(gè)問題。

原理其實(shí)也很簡(jiǎn)單，就是利用圓周運(yùn)動(dòng)的離心力，當(dāng)高速圓周運(yùn)動(dòng)的物體脫離束縛后是沿著脫離點(diǎn)的圓周切線方向運(yùn)動(dòng)的；所以此類澆排的核心就是利用這一原理對(duì)前幾個(gè)澆口進(jìn)行導(dǎo)向設(shè)計(jì)，如圖所示

3．排氣及真空的設(shè)置：

（1）排氣的設(shè)置：如前文所描述，雙側(cè)進(jìn)料是鋁液從曲軸面往缸蓋面的單向填充，由于缸孔、水道、通風(fēng)孔等的阻隔，雖然通過控制填充順序可以很大程度的優(yōu)化排氣，但填充過程中在缸蓋面?zhèn)热詴?huì)存在較為明顯的困氣情況，所以在設(shè)置真空排氣通道的時(shí)候需要覆蓋至少2/3的缸蓋面寬度，通過真空主動(dòng)排氣將型腔中的氣體排出；

（2）真空的設(shè)置：通過澆口的優(yōu)化及排氣通道的優(yōu)化，大大降低了此方案對(duì)真空的需求程度，所以只需要采用常規(guī)的空間排氣板抽真空即可。

四 優(yōu)化后的雙側(cè)進(jìn)料的優(yōu)勢(shì)及實(shí)際應(yīng)用效果

1．此種進(jìn)料方式的優(yōu)勢(shì)：

首先解決了單側(cè)進(jìn)料所存在的壓力傳遞及補(bǔ)縮通道小而導(dǎo)致的組織不均勻的問題，其次對(duì)常規(guī)雙側(cè)進(jìn)料方式在填充梯度進(jìn)行了優(yōu)化，很大程度上解決了雙側(cè)進(jìn)料排氣困難的問題；與此同時(shí)，很一定程度上提高了模具的適用壽命；

2．此種進(jìn)料方式實(shí)際應(yīng)用效果：

通過對(duì)上述的優(yōu)化，且結(jié)合相應(yīng)適用此方式的壓鑄工藝，在采用相較于單側(cè)進(jìn)料更低的速度和壓力的前提下，大大的降低了所生產(chǎn)鑄件的浸滲率，提高了組織性能，如下圖是實(shí)際案例對(duì)各檔曲軸區(qū)域的解剖情況：

總結(jié)

這種方式適用于95%的缸體產(chǎn)品，是可以抄作業(yè)的，當(dāng)然還需要配合適用于此種方式的工藝參數(shù)。由于篇幅有限，這次只闡述澆口形式及利弊，還有其他的如澆口分布、內(nèi)澆口導(dǎo)流形式、局部泄漏點(diǎn)控制、缸套結(jié)合度、溫度場(chǎng)以及雙側(cè)澆排不適用的場(chǎng)景、必須使用雙側(cè)澆排的場(chǎng)景等等，等下次有時(shí)間再做分享，也歡迎同行們私信交流細(xì)節(jié)。

作者

象山溯創(chuàng)模具技術(shù)工作室
張繼斌 
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