文 ：一汽铸造有限公司  蹇超、唐志强、王少民、孙立凯

摘要 文章叙述了EA211缸体的压铸生产背景，生产验证了３种压铸工艺对轴瓦区域致密性的影响，确定了采用局部挤压工艺作为铝合金缸体的压铸工艺，描述了局部挤压工艺中３工艺个参数对轴瓦区域内部致密性的影响。

关键词  缸体，局部挤压，泄漏，挤压深度

引言

   汽车的轻量化，即在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整车质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。随着汽车工业的发展，铝合金压铸件的产量每年以13％的速度增长，其产量占75％以上。

   大众汽车（德语：Volkswagen）是一家总部位于德国沃尔夫斯堡的汽车制造公司，也是世界四大汽车生产商之一的大众集团的核心企业。EA211发动机是大众旗下新型汽车发动机，是以轻量化和节能环保为主要特点的铝合金发动机，同时也足款在四缸发动机上采用气缸关闭系统的发动机。EA211可以看作是EA111的升级产品，在技术上和EA111有许多差异，该产品在轻量化、提升功率、转矩指标以及节能减排等方面，均处于国际领先水平：①EA211发动机是中国第一款达到欧Ｖ标准并量产的发动机，EA111是国Ｖ标准；②EA211的TSI融合涡轮增压、缸内直喷等先进技术；③与４EA111比较，EA211采用全铝缸体，重量减轻22kg；④与EA111相比，EA211采用高性能正时齿形带，降低了成本和重量，减小了发动机噪声，但需要定期维护，增加了保养成本。

   EA211机的核心备件之一为EA211缸体6EA211缸体。化学成分为Ａ１Ｓｉ９Ｃｕ３，为典型的压铸铝合金，其外形尺寸为377ｍｍＸ274ｍｍＸ320ｍｍ，平均壁厚为6－10ｍｍ，其中瓦座位置壁厚超过平均壁厚约为10－15ｍｍ。铸件最终将在图1所示位置增加螺纹孔，以便于将瓦座固定在缸体上。瓦座区域如果存在缩松等内部质量问题，极有可能造成发动机泄漏、瓦座异响、瓦座脱落等严重影响问题。因此，瓦座区域内部质量之于EA211缸体整体质量和性能的重要性就不言而喻了。本文着重探讨EA211缸体轴瓦区域内部质量的改善。

１、试验过程

试验方案设定。试验原材料为Ａ１Ｓｉ９Ｃｕ３，压铸机型号为布勒270D。针对目前对于轴瓦区域的处理，主要有以下３个手段，即直接铸造成型，添加预铸孔，局部挤压功能。作者首先比较了３种情况下轴瓦区域的质量，然后对３种中质量较好的局部挤压进行系统研究，分别研究了延迟时间、持续时间及退出时间对轴瓦区域内部质量的影响，并得出了综合性的结论。局部挤压示意图如图２所示。

   试验１设置了３种试验方案，Ｘ光探伤试验结果见表１及图３。

 图３中可以看出，图３ｃ的内部质量最好，整个区域未发现明显的缩松、缩孔；图３ｂ中在增加的预铸孔周围，内部质量良好，这与所增加的型芯所形成的局部“冷铁效应”密切相关；图３ａ中，在轴瓦区域的下方区域，形成较为均匀的缩松，这与厚壁部位最后凝固的理论相符合。上述３种试验方案，在铸件加工完成后进行试漏，泄漏率越来越低，主要的原因在于：方案１中，在后续的机加螺纹孔后，促使内部缩松与机加孔之间形成微观上的连续通道，造成铸件的泄漏；方案２增加预铸孔后３泄漏率大幅度降低，主要原因是在预铸孔后，预铸孔周围０.５-１.５ｍｍ的范围内内部质量更加致密，且引起局部凝固方向的改变，某种程度上相当于减小了该厚壁区域的壁厚。图４是方案１、方案２、方案３对应的示意图，其中白色为预铸孔或机加孔，黄色为内部的缩孔（缩松在图中未示意出来，实际情况中缩松对泄漏的影响比单独的缩孔恶劣得多）。

   试验ａ局部挤压试验：

 一般认为局部挤压有利于改进轴瓦区域的内部质量。但是，从缸体压铸行业的时机应用角度来看，并非是在使用局部挤压后铸件相应区域的内部质量均有改善，主要的原因在于挤压参数对内部质量影响未能彻底搞清楚。试验ａ目的为明确挤压持续时间对质Ｓ的影响。

 对于试验ａ，先从挤压后深度的角度来判断局部挤压对该区域质量肋影响，主要依据在于当挤压后深度越深，该区域的内部质量越好，ＣＴ光下观察该区域存在的缩松、缩孔越少。如图５所示，在铝液重暈一定的情况下图５ｂ密度更低，内部质量相对疏松。这与试验ａ的结果也是一致的。

图６是挤压销位置与挤压销深度的关系图，可以看出，对应同一组参数，挤压销位置１与位置５的深度较浅。主要的原因之一在于挤压油压在不同位置而略有分布不均。

 缸体局部挤压试验结果及分析讨论：

 图７（试验方案为ａ－６）为不同挤压销位置的CT扫描结果。图7a为位置１轴瓦区域CT扫描结果，缺陷Ｋ域最大尺寸为17.67ｍｍ；图7b为位置２轴瓦区域CT扫描结果，缺陷区域最大尺寸为１.８０ｍｍ；图7c 为位置５轴瓦区域扫描CT 结果，缺陷区域最大尺寸为11.59ｍｍ。

   图８为位置１挤压销深度与挤压持续时间的关系，可以看出，随着挤压时间的减少，挤压销的深度降低。推测是因为在挤压过程中，铸件处于增压保持阶段，若挤压销持续作用时间变短，可能导致轴瓦局部区域向挤压销缩回方向收缩。表３是挤压时间与挤压销深度的关系表。由表中的ａ－５与ａ－６试验，可以看出：随着挤压时间的缩短，可能导致挤压结束后在增压作用下，铝液往挤压销与模具的间隙处溢出，即在缸体挤压销位置表现出溢铝现象。

图９是缸体在挤压后溢铝的图片。主要原因在于：当缸体在压力保持阶段，铝液未完全凝固期间，挤压销产生的挤压力回撤，导致表面已经固化的挤压销位置由于受增压产生的内力过大，而导致未凝固铝液冲开已经凝固的表层，形成凸状物。图示位置亦可以从另一方面说明，挤压销在ａ－１、ａ－２、ａ－３、ａ－４所反映出来的规律，即中间位置挤压销深度较深的另一原因。

   试验ｂ——挤压延迟时间与缸体挤压销深度的关系：

   挤压延迟时间与缸体挤压销深度关系的试验结果见表４。

   图10是在试验ｂ的试验条件下，挤压销深度与挤压销位置的关系图。可以看出，依然是挤压销的深度与挤压销的位置直接相关。同时，对于相同位置挤压销，随着挤压延迟时间变长，挤压销的深度变浅；当延迟时间＞28时，延迟时间越长，挤压的深度越浅。主要的原因在于：金属液在靠近模具侧快速冷却后，由外表面向内表面固化。当延迟时间＞88时，从内至外的固化层深度已达到一定厚度，此时对之进行局部挤压，先引起的可能不是铸件内部致密度的增加，而是表面固化层的变形，如图11所示。

试验Ｃ为考虑退出时间对挤压销深度的影响。从表５可以看出，退出时间对挤压销深度，即内部质量的影响不大。

２、结论

１）局部挤压能够明显改善铝合金缸体轴瓦部位的致密性，降低泄漏率。

２）—定范围内，挤压持续时间对挤压深度呈正相关，轴瓦区域致密性越好。

３）挤压延迟时间在＞８s时，挤压深度下降明显，轴瓦区域内部致密性越差。

４）挤压退出时间对挤压销深度影响不明显，对内部致密性影响最小。