文：谢书中 戴希魁 蒋先念 雍建强 张 勇 毛 遂
重庆小康动力有限公司
摘 要：利用压铸工艺生产了铝合金的下缸体。通过优化和改善压铸工艺，铸件一次合格率达到了 93%以上，成功的为本司提供了某 1.5T 型号的发动机下缸体。大批量生产实践表明：我司下缸体产品模具结构设计及工艺参数设计合理，铸件品质优良。同时，成功构建了包括镶件预热、安装、取件等程序在内的压铸单元自动化生产，极大地提高了生产效率和降低了劳动强度，夯实了本司在压铸自动化生产中的基础。
关键词：铝合金；下缸体；压铸；自动化生产
0 引言
发动机缸体是汽车动力系统的核心部件，其材质有铸铁和铝合金。采用普通砂型铸造生产的铸铁缸体具有成本低、耐热性好、刚性好、工艺简单等优点，但重量远远大于铝合金。若将铸铁缸体下部的曲轴部分与上部的缸套部分分开，上部仍采用铸铁，下部则使用铝合金，其上部与气缸体、下部与油底壳相连，这样既保持了铸铁缸体的优点，又减轻了铸铁缸体的质量。气缸体与下缸体之间安装有曲轴。下缸体在发动机工作过程中的特点是：处于高温状态下工作，承受较大的热冲击作用和承受较大的力，工作条件较为恶劣。
目前有关铝合金下缸体的压铸工艺开发及应用尚鲜见报道。因为下缸体属于壁厚差别较大的零部件，其特殊的结构特点给压铸工艺控制带来了很大的难度。通过借鉴国内外经验，并结合本司的实际生产情况，对铝合金下缸体的压铸工艺进行了优化，并成功的构建了其自动化的生产单元，进而为本司批量配套某1.5T车型的发动机。
1 铝合金下缸体的压铸工艺
1.1 压铸工艺要求
下缸体为铝镶铸铁结构，需镶嵌5个铸铁轴承座嵌件，如图1(a)所示。嵌件单件重量0.5Kg，铸 件 总 重 量 为 6.8Kg, 外 形 轮 廓 尺 寸 为 ：354×300×82。如图1(b)所示为下缸体的压铸过程示意图，其不同字母代表了不同压射区间或压射参数。
压射前，5 个嵌件需镶入模具的定位销上，为保证其和铝液的包容性，需对其进行清洁和预热处理。此下缸体结构较为复杂，壁厚严重不均，嵌件铝包容带为最薄处，尺寸仅为 3mm，而最大厚壁厚为 15mm。其特殊的结构为压铸过程的控制增加了难度。由于下缸体对气密性要求较高，机加后的铸件要进行气压试漏，技术要求为在3500KPa 压力下，保压 60s，允许泄漏量小于9cc/min。
表 1 为压射下缸体时，设定的工艺参数，字母为对应图 1(b)所示。
1.2 压铸工艺的改善和优化
压铸下缸体的工艺控制难度较大，模具的冷却、嵌件的清洁度及预热温度、压射参数的稳定性都将影响铸件的品质。下缸体螺栓孔处及水泵孔凸台处较为厚大，极易产生铸造缺陷。通过Ｘ射线检测发现：下缸体的内部品质较差，1、5轴承座镶嵌件边缘等铸件薄壁位置容易产生气孔、缩松等铸造缺陷。为获得外观成形良好、内部组织致密的下缸体，经本司的多次工艺验证和实际生产的调试，除了保证合理的压铸工艺参数（见表１）外。还有以下几点对铸件的成形具有重要的影响：
(1)下缸体浇注系统和压铸模具内部冷却系统的合理设计。下缸体浇注系统采用了单侧浇注，铝液从底侧进料，通过中间的镶件部位（铸件薄壁处）后到达顶部，浇注充填模拟分析如图3 所示。模拟结果表明：铝液填充稳定，温度场分布合理。为消除下缸体上、下部分厚大部位的内部缩松，在铸件内部厚大部位需加强模具的冷却。主要表现在厚大部位的型芯，通过高压软化水点冷方式对其进行冷却。由于排溢槽边缘，1、5 轴承座镶嵌件边缘等铸件薄壁处容易产生裂纹，所以设置了模温油道对模具温度进行控制，以使得模具温度均匀。
(2) 镶嵌件的预热。预热能够提高铸铁镶嵌件与铝合金液体的包容度，可以有效保证成形后铝合金与铸铁件不产生分离。同时，预热镶件也提高了铝液的流动性，提高了压射过程的填充效率。#p#分页标题#e#
(3) 压射工艺参数的设计。实践表明，增压比压在 100-120Mpa 和建压时间在 0.04S 以内时，铸件的的品质良好。压射速度（包括低、高速度）的合理调整，能够使金属液顺畅地填充到模具型腔中，从而以消除铸件厚大部位易产生的气孔、缩孔及金属冷凝片引起的夹渣、裂纹等缺陷。低速速度的控制能够减少和消除压室内空气的卷入；高速速度的控制能够粉碎和雾化金属熔液中的残留气体。
(4) 低速到高速的转换基准点（切换点）的控制。转换基准点以下缸体内浇口开始充填为基准，在下缸体压铸工艺调整时，这个基准需稍微提前，由于考虑到在实际生产中设备灵敏度存在误差，往往会造成压射速度的延迟。
2 下缸体压铸自动化生产单元的构建
以力劲(DCC)1600T 全自动压铸机为压铸生产单元的中心。单元配置有 2 台 ABB 机器人，其中 1 台为取件机器人，1 台为喷涂机器人；2台 Tool-temp 双回路模温机；1 台预热镶嵌件高频炉；1 条镶嵌件定位输送带；切边机等周边设备。
生产下缸体，单元关键设备自动化生产流程图如图 4 所示。该单元具有广泛的兼容性，可生产类似多镶嵌件的压铸件，设备稳定性好，生产效率高。
由于经过高频炉预热后的镶嵌件温度高达180℃，考虑到生产的安全因素和工人的劳动强度,无法通过人工完成对安装在压铸模具内的镶嵌件的精确定位。因单件生产节拍的限制，镶嵌件的预热温度必须在 50s 内达到 180℃左右。所以，单元内镶嵌件预热炉采用了高频感应加热炉,保证了加热速率的要求,同时由于镶嵌件表面清洁度影响其与铝液之间的包容性，易导致镶嵌件与铝合金分离，产生缝隙泄漏，现该自动化生产路线中，采用了人工清洁检查工位，并放置镶嵌件在输送带定位块上，下缸体中间 2、3、4 轴承座镶嵌件为同规格， 1、5 轴承座虽为同规格，但有左右之分，在输送带、定位块上设有防漏、防错装置。
图 4 虚线框内为本司根据实际生产状况，新增的取件机器人的自动化动作流程。图 5 所示为取件机器人取件夹具。该夹具采用双面设计，自动化生产下缸体时，（......）
