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知识篇:涡轮壳体低压铸造工艺

 

涡轮增压技术是提高汽车发动机功效的有效途径之一,一般可提高发动机20%~40%的输出功率。涡轮增压器壳体多为铝合金材质,结构复杂,采用低压铸造工艺成型,成形质量好、成品率高等优点。但由于涡轮壳体结构复杂、性能要求高,因此工艺设计复杂、工艺控制要求精确。

本文作者详细介绍了铝合金涡轮增压器壳体的低压铸造工艺及控制要点,以期充分发挥低压铸造的技术优势,生产高质量的涡轮增压器壳体铸件,值得行业同仁借鉴学习!

铝合金涡轮增压器壳体的低压铸造一般为一根升液管配多个浇口,形成一模一件或一模多件浇注系统。壳体的材料一般选择AI-Si-Cu系合金,常用ZL105,精炼通过旋转吹Ar气保护、加入Sr变质及AJ-Ti-B细化晶粒,从而获得高质量的金属铝液。具体的浇注工艺详见下文。

1 放置过滤网

放置过滤网的目的是防止升液管中氧化物杂质进入型腔及形成层流充填,一般采用镀锌金属网,网线直径0.4~0.6 mm。

2 浇注温度及模温控制

铝液温度对壳体内部缺陷、外观质量有很大的影响,浇注温度一般在680~730 ℃,实际操作中温度偏差应控制在20 ℃以内。

低压铸造的特点是可获得良好的顺序凝固,理想的模温分布是从浇口到上模逐渐降低。上述温度场可提高壳体铸件性能和缩短生产周期,可通过对上模和侧模实施强制冷却实现。一般分为水冷和气冷,采用多路设置,每路单独自动控制(流量和压力)。水冷却采用压送式水泵,以解决模具内部因高温汽化产生气阻造成水流不畅的难题,气冷则是通以压缩空气。

因复杂壳体可能会设置多个浇口,两个浇口之间的距离过近会导致位于浇口间的铸件部位温度上升,使浇口和该部位的凝固顺序相反,因此应在此部位设置局部强制冷却,以得到所需的温度梯度。

从模具寿命和安全性考虑,冷却时应以间接冷却为主,在局部铸件厚度较大处可采用直接冷却方法。对于冷却强度有时间控制和温度控制两种方式,时间控制即控制通水或气的时间,该方法简单易行,但精度不高。温度控制则是在冷却位置处设置热电偶,根据热电偶测得的温度大小由PC来开启或关闭冷却水或气源,控制精度相对较高。

3 加压时间

从充型到浇口凝固的时间称为加压时间,受温度的影响很大。在稳定生产条件下,加压时间因壳体的重量不同而有所变化,一般控制在3~7 min。若从提高生产效率的角度考虑,可采取一模2件、2段加压等方法缩短时间。

4 起模时间

同加压时间一样,因温度的变化而变化。时间短时铸件易变形,时间过长则铸件易卡在模具内,取不出来,所以一般控制在加压时间的1/3左右。为提高铸件冷却速度,起模时可先开脱模阻力小的侧模,冷却一定时间后再开上模。

5 加压曲线

加压压力直接影响到金属液的流动充填性能和补缩效果,加压曲线是低压铸造工艺控制中的重要一环。加压压力可由下式计算出:

       

冒口的补缩压力一般在0.005~0.01 MPa。虽然压力大补缩效果好,但如果压力超过0.01 Mpa,会导致涂料剥离、铝液堵塞模具排气孔及渗入到砂芯中。浇注过程中及时排出砂芯燃烧产生的气体是非常必要的,但因壳体所用砂芯结构复杂、数量多,在模具中设置大量的排气孔很困难。此时,将冒口补缩压力提高到上限附近,可有效防止气体卷入到铸件里面。

坩埚内的液面高度变化影响到加压曲线的重复再现性,因此坩埚内的压力应能自动补偿。对于壳体铸件,可通过设置传感器,以精确控制加压曲线的零点。

另外,若升液管下端与坩埚底部间的间隔过短,加压时溶液易产生紊流流动。因此,在不影响溶液使用的情况下,升液管下端与坩埚底部间的间隔在200 mm左右为宜。