乗用車エンジンのアルミニウム合金シリンダーヘッドの低圧鋳造技術

公開時間： 07 / 06 2021 著者：サイト編集者訪問：12587

コストと機械的特性の包括的な考慮に基づいて、アルミニウム合金の用途を拡大することは、現在、乗用車の重量を減らし、燃料消費量を減らすための主な手段です。たとえば、エンジンのシリンダーヘッドは完全にアルミニウム合金で作られています。アルミ合金製シリンダーヘッドの製造方法は数多くありますが、主流の製造工程は金型鋳造と低圧鋳造です。その中で、欧米は主に金型を使用し、日本と米国は低圧鋳造を多く使用しています。

重力金型鋳造と比較して、低圧鋳造は、圧力下での充填と結晶凝固により、良好な成形品質と高いプロセス収率の利点がありますが、複雑な形状と高性能要件を持つシリンダーヘッド鋳造の場合、複雑なプロセスがあり、制御が必要です高度な技術的困難。したがって、この記事では、低圧鋳造プロセスの技術的利点を十分に活用し、高品質のシリンダーヘッド鋳造を製造するために、アルミニウム合金シリンダーヘッドの低圧鋳造技術とパラメーター制御の要点に焦点を当てます。。

シリンダーヘッドの低圧鋳造工程の要点

2.1ゲーティングシステムの例

シリンダーヘッドの低圧鋳造プロセス計画は、一般にライザーパイプと複数のゲートの形式であり、これはマルチウェイト分割の形式です。たとえば、2気筒シリンダーヘッドにはXNUMXつの代表的なゲートシステムがあります。つまり、燃焼室の側面にXNUMXつまたはXNUMXつのゲートが設定されています。図XNUMXは、XNUMXつのゲートのプロセスの概略図です。このスキームは、XNUMXつの金型またはXNUMXつの金型に適しています。

2.2合金材料と溶融

アルミ合金シリンダーヘッドの材質は、一般的にZL105や107などのAI-Si-Cuシリーズ合金を選択します。伸びや耐食性が必要な場合は、ZL101やZL104も使用できます。高品質の溶融金属を得るために、標準的な操作では、Arガス回転ブロー精製とSrの添加を使用して改質し、AJ-Ti-Bを使用して結晶粒を精製する必要があります。

2.3注入プロセス

2.3.1金型のメンテナンス

高品質のシリンダーヘッド鋳物を安定して製造し、金型の耐用年数を延ばすためには、金型の定期的な洗浄とメンテナンスが非常に重要です。通常、金型のメンテナンスは、500〜700個の部品が製造されるたびに実行する必要があります。主な内容は、金型を分解し、柔らかいブラシでキャビティの表面コーティングを洗浄し、エジェクタロッドと排気穴の間のギャップに侵入したアルミニウムチップとコーティング粒子を除去することです。、鋳造形状の品質を確保するために、スムーズな排出とスムーズな排気。

2.3.2コーティング

注ぐ前に、金型を約200℃に予熱し、塗料をスプレーします。シリンダーヘッドの形状は複雑ですので、部品ごとに塗料の厚みが異なることに特に注意が必要です。一般部品のコーティング厚さは0.1 --- 0.2mm以内に制御されています：精度要件は高いです。たとえば、燃焼室の表面は、厚さO.OSmnの微粒子でコーティングする必要があります。ゲート、ライザー、インナーランナー、およびゆっくりと固化する必要があるその他の場所の場合、厚くすることができ、通常は約0.5〜1mmです。

2.3.3フィルター

フィルタを配置する目的は、ライザーチューブ内の酸化物不純物がキャビティに入り、層流充填物を形成するのを防ぐことです。安価で効果的な亜鉛メッキ金属メッシュを使用でき、ワイヤーの直径は.4--0.6mm、1214メッシュです。

2.3.4の気温

溶融アルミニウムの温度は、シリンダーヘッドの内部欠陥と外観品質に大きな影響を与えます。注湯度は680〜730の範囲内で、実際の運転時の温度偏差は20℃以内に制御する必要があります。

低圧鋳造の特徴は、良好な連続凝固が得られることです。この後、低圧鋳造ではレポートの温度を適度に制御することが重要です。理想的な金型温度分布は、ゲートから上型に向かって徐々に減少し、各部品の比表面積制御範囲が得られるように変更されます。上記の温度場とシリンダーヘッド鋳造の性能の向上と生産サイクルの短縮は、上型と側型に実施する必要があります。クールダウン。一般に、マルチチャネル設定を使用して、水冷と空冷に分けられ、各チャネルは独立して自動的に制御されます（流量と圧力）。水冷は、金型内の高温気化による水流不良の問題を解決するために加圧給水ポンプを採用し、空冷には圧縮空気を使用しています。

シリンダーヘッドには複数のゲートがあるため、XNUMXつのゲート間の距離が短いと、ゲート間の鋳造部品の温度が上昇し、ゲートとこの部品の凝固順序が逆になります。したがって、必要な温度勾配を得るために、この部分で局所強制冷却を設定する必要があります。

金型の寿命と安全性を考慮すると、間接冷却が主な冷却方法であり、局所鋳造物の厚さが厚い場合は直接冷却を使用できます。冷却強度には、時間制御と温度制御のXNUMXつの方法があります。時間制御とは、水や空気を通過させる時間を制御することです。この方法は単純で実装が簡単ですが、精度は高くありません。温度制御は、冷却位置に熱電対を設置することであり、PCは、熱電対によって測定された温度に応じて、冷却水または空気をオンまたはオフにします。制御精度は比較的高いです。

近年、凝固数値シミュレーション技術の開発は、シリンダーヘッドの低圧鋳造プロセスの最適化のための良い参考資料を提供してきました。さまざまな条件下での凝固試験結果を十分に把握し、鋳造工程の管理を強化し、鋳造の品質を確保することができます。

2.3.5加圧時間

ゲートの充填から凝固までの時間はプレス時間と呼ばれ、温度の影響を大きく受けます。安定した製造条件では、加圧時間はシリンダーヘッドの重量によって異なりますが、通常は2〜8分に制御されます。生産効率の向上という観点から、XNUMX金型、XNUMX部品、XNUMX段階加圧などの方法で時間を短縮することができます。

2.3.6離型時間

加圧時間と同様に、温度変化により変化します。時間が短いと、鋳物が変形しやすくなります。時間が長すぎると、鋳物が型に引っかかりやすく、取り出せません。したがって、一般的には加圧時間の約1/3で制御されます。鋳物の冷却速度を上げるために、離型抵抗の低いサイドモールドを最初に型抜き時に開き、アッパーモールドを一定時間冷却した後に開くことができます。

2.3.7圧力曲線

加圧圧力は、溶融金属の流体充填性能と供給効果に直接影響し、加圧曲線は低圧鋳造プロセス制御の重要な部分です。加圧圧力は次の式で計算できます。

P =γx（1 + S / A）xΔHx10-2

上記の式では、P圧力（MPa）、γ-アルミニウム液体比重（2.4-2.5）、ΔH-アルミニウム液体上昇高さ（m）、Sリフトパイプ断面積（m2）、Aキャビティ断面積-断面積（m2）o

ライザーの供給圧力は一般に約0.005〜0.01MPaです。高圧の効果は良好ですが、0.01Mpaを超えると塗料が剥がれ、アルミ液がモールドベントを塞いで砂芯に浸透します。砂心の燃焼により発生したガスは、注入過程で時間内に排出する必要がありますが、シリンダーヘッドに使用する砂心は構造が複雑で数が多いため、多く設定することは困難です。型の通気孔の。このとき、フィーダーのフィーダー圧力を上限近くまで上げることで、ガスが鋳造に関与するのを効果的に防ぐことができます。

柑橘類の洞窟の液面の変化は圧力曲線の再現性に影響を与えるため、柑橘類の災害時の圧力は自動的に補正される必要があります。シリンダーヘッド鋳造の場合、圧力曲線のゼロ点I81を正確に制御するようにセンサーを設定できます。

また、ライザーパイプの下端からオレンジ色の松葉杖の底までの間隔が短すぎると、溶液が乱流を発生しやすくなります。したがって、溶液の使用に影響を与えることなく、ライザーパイプの下端とオレンジ色のポットの底との間の距離は約200mmです。

鋳造欠陥と対策

表1に、低圧鋳造の一般的な欠陥と取るべき対策を示します。シリンダーヘッドなどの複雑な部品の場合、さまざまなパラメータの変動が鋳造の品質に影響を与える可能性があります。そのため、工程計画、型紙設計、鋳造工程など、さまざまな側面について詳細な分析・調査を行い、さまざまな欠陥の原因を明らかにし、それに応じた対策を講じる必要があります。

まとめ

これまでのところ、アルミニウム合金のシリンダーヘッドは、低圧鋳造に適した数少ない限定自動車部品のXNUMXつです。そのため、アルミニウム合金製シリンダーヘッドの国内低圧鋳造技術の生産と応用を拡大するために、高い生産率と優れた内部品質の利点を十分に活用しています。私の国の自動車技術の急速な発展に適応するため。

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