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，再去論述傳統(tǒng)燃油車缸體的開發(fā)經(jīng)驗，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，對于它的模具及工藝開發(fā)特點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)計理念我們應(yīng)該做到一通百通，以不變應(yīng)萬變。實用的技術(shù)都是簡單直接的，沒有那么多的彎彎繞，下面我們直接進入主題。

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)計需要重點考慮的區(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)致機械性能不達標。

5．所有缸體中心軸位置都有缸孔，這就好比因為缸孔的存在將整個產(chǎn)品劃分成了兩個對立的單獨產(chǎn)品，而缸孔對整個缸體產(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)進澆和雙側(cè)進澆，當(dāng)然很多年前也有人嘗試中心進料，多年實踐以后現(xiàn)行的主流就這兩類。兩種進料的共同點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。

1．單側(cè)進澆優(yōu)缺點：

（1）優(yōu)點：單側(cè)進澆由于鋁水從一側(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，對于整個填充過程的排氣排渣效果相對較為有利；

（2）優(yōu)點：單側(cè)進澆往往會選擇特征較為復(fù)雜的主油道側(cè)進行入料，所以通常主油道等關(guān)鍵區(qū)域附近質(zhì)量相對較好，此點也符合關(guān)鍵區(qū)域優(yōu)先進料的澆排設(shè)計原則；

（3）缺點：如上述由于缸孔對于流態(tài)的阻隔，單側(cè)進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)面進行交匯；如果以缸孔為中心，這勢必造成天側(cè)面的成型質(zhì)量要整體差于進料側(cè)，所以此種進料方式整個產(chǎn)品的致密性是按照進料方向遞減的；遠端存在縮孔而發(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：正因為存在上述問題，單側(cè)進料往往需要更大的速度和壓力來彌補填充通道的不足，這也間接降低了模具壽命，至少是進料側(cè)的壽命。

2．雙側(cè)進料優(yōu)缺點：

（1）優(yōu)點：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)兩個獨立產(chǎn)品，所以雙側(cè)進料每一側(cè)都只負責(zé)一側(cè)的成型，這樣理解的話，此種進料方式下，整個產(chǎn)品的組織均勻性會有質(zhì)的提升；對于兩側(cè)的乃至中間曲軸等厚大區(qū)域的壓力傳遞及補縮效果也是最佳的；

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

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

（4）缺點：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)進料都要優(yōu)于單側(cè)進料；單側(cè)進料由于受限于產(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)進料澆排系統(tǒng)的設(shè)計要點

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內(nèi)澆口從前端到末端的填充順序，從第一個內(nèi)澆口入料開始到最后一個內(nèi)澆口入料必須是有一個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：

要嚴格控制上述的填充順序和梯度，重點是要對每個內(nèi)澆口尤其是前兩個內(nèi)澆口的入料導(dǎo)向，鋁液流動是往背壓小的區(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優(yōu)先充滿主澆道然后再往內(nèi)澆口逐個填充，所以導(dǎo)向設(shè)計首先要克服背壓這個問題。

原理其實也很簡單，就是利用圓周運動的離心力，當(dāng)高速圓周運動的物體脫離束縛后是沿著脫離點的圓周切線方向運動的；所以此類澆排的核心就是利用這一原理對前幾個澆口進行導(dǎo)向設(shè)計，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嬖谳^為明顯的困氣情況，所以在設(shè)置真空排氣通道的時候需要覆蓋至少2/3的缸蓋面寬度，通過真空主動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)進料的優(yōu)勢及實際應(yīng)用效果

1．此種進料方式的優(yōu)勢：

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

2．此種進料方式實際應(yīng)用效果：

通過對上述的優(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，如下圖是實際案例對各檔曲軸區(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、局部泄漏點控制、缸套結(jié)合度、溫度場以及雙側(cè)澆排不適用的場景、必須使用雙側(cè)澆排的場景等等，等下次有時間再做分享，也歡迎同行們私信交流細節(jié)。

作者

象山溯創(chuàng)模具技術(shù)工作室
張繼斌 
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