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发动机工作时,铝活塞承受交变的高温、高压热负荷和机械负荷的作用,工作条件恶劣,对铝活塞质量的要求很高。为提高铝活塞的内在质量,在铝活塞铸造生产中,采用过滤技术可以有效地防止夹渣进入型腔,减少废品损失。

由于金属型重力铸造的模具简单、操作方便、制造成本低,并且金属型重力铸造的铝活塞质量,可以满足绝大多数各类汽车发动机对铝活塞在性能和使用等方面的要求,因此,金属型重力铸造是铝活塞最主要的成形方法之一。根据铝活塞外轮廓类似于圆桶形的特点,为方便操作,通常采用垂直分型,以垂直于活塞销孔方向的活塞轴向剖面为分型面,为了浇注的平稳性,通常采用侧面浇注的缝隙式内浇道。

1、铸造过滤技术的应用

铸造过滤器有网型、芯型、颗粒状、多孔陶瓷、泡沫陶瓷等多种过滤方式。要求铸造过滤器具有如下特性:①能去除金属液中夹附的杂质;②确保金属液平稳、无紊流地注入型腔。

1.1过滤方式的选择

在对过滤方式进行了对比试用后,认为型内网型过滤方式最适合于铝活塞金属型铸造生产。网型过滤器有纤维质和铁质,此处以纤维材质的过滤网为佳,它可根据使用需要方便地裁剪成各种形状。纤维过滤网厚度仅0.35mm,可以非常便利地放入型腔内,特别是可以方便地放置在分型面处,浇口重熔时不必担心材料增铁。

1.2过滤网的设置

过滤网的设置与所选择的过滤方式密切相关,取决于铸件以及铸造工艺的设计。由于发动机活塞为铝合金圆柱形零件,采用金属型铸造,给过滤网的设置带来了许多不便。可以将过滤网放置在直浇道与横浇道分型处或放置在横浇道与内浇道的分型处,也可将过滤网放置在直浇道中或放置在直浇道下方的分型面处。经过多种方案的反复试用,采用将过滤网设置在直浇道下方的分型面处或放置在直浇道与横浇道分型处,不但放置过滤网方便,而且使用效果也很好。型内过滤方式是最适合于铝活塞铸造生产的,为方便过滤网的放置并确保过滤效果,可将过滤网置于外模的分型面处,直浇道设置在一个半型上,横浇道设置在另一个半型上,两者在直浇道的下端交汇,过滤网垂直放置在两者之间。图1所示是将过滤网设置在直浇道下方分型面处的单模铸造形式,图2所示的是将过滤网设置在直浇道与横浇道分型处的1模2件铸造形式。

1.3放过滤网处浇注系统截面积的确定

在浇注系统中设置了过滤网后,增加了对浇注过程铝液流动的阻力,为了***浇注过程不受影响,一定要选择好放过滤网处浇注系统的截面积,通常的作法是加大放过滤网处浇道的截面积。其计算方法如下式,计算结果供设计时选定浇道尺寸参考。

F网=F原/(a?b)(1)

式中 F网———放过滤网处浇道截面积;F原———原浇道截面积;a———过滤网孔隙率,取50%～55%;

b———过滤效率,取70%～80%。

纤维过滤网的网孔尺寸以1.2～1.5mm为宜,在

使用时要防止斜向拉扯或磨损、折断,裁剪成的过滤网块尺寸应大于截面积尺寸15～20mm左右

1.4 过滤网的选择

在生产应用中,过滤方式及过滤网设置形式确定以后,纤维过滤网的质量对使用效果的影响是不容忽视的,在这方面曾有过教训。起初也是随便购买了过滤网,使用中陆续出现了一些问题,如由于过滤网发气量大造成铸件产生大气孔,或因过滤网的强度不够,浇注时被冲跑,或因过滤网的柔韧度不好,开模时折断在模具内,或因网孔尺寸不均匀而影响过滤效果等。

在认识到过滤网本身质量的重要性后,对过滤网生产厂家进行了调研,先后选择了近10家生产条件好的铸造纤维过滤网厂的产品进行了对比试验。根据使用要求和以往的教训,重点针对铸造纤维过滤网的网孔尺寸均匀性、发气量、抗拉强度、折叠柔韧度这4方面进行验证和试验,具体要求:尺寸精度≤±0.15mm,发气量≤30mL/g,抗拉强度≥8kg/4根,折叠柔韧度≥对折折叠一次不断裂。在这些产品中,有1家过滤网厂生产的纤维过滤网,其综合性能好,与进口的德国产品***接近,因此选择了该厂作为供应厂家。

2 应用情况

对部分质量要求较高、铸造技术复杂、铸造废品率较高的大中型活塞和机械化生产的活塞品种应用了铸造过滤技术(见图1和图2)。通过对比试验,使用过滤网后至少可减少夹渣缺陷50%,大多数产品减少废品的比例高达75%以上。例如,公司生产的一种?200mm大型带水溶性盐芯的镶铁圈铝活塞,原铸造废品***达35%,使用铸造过滤网后,铸造废品率降到7%;还有一种?110mm中型带水溶性盐芯的镶铁圈汽车铝活塞,原铸造废品率为25%,使用铸造过滤网后,铸造废品率降到5%;一种?88mm中型镶钢片汽车铝活塞,原铸造废品率为15%,使用铸造过滤网后,铸造废品率降到3%以下;一种?81mm中小型镶钢片汽车铝活塞,原铸造废品率为12%,使用铸造过滤网后,铸造废品率降到3%以下。

3 结语

(1)正确使用铸造纤维过滤网,对减少汽车铝活塞铸件夹渣缺陷作用明显。

(2)纤维过滤网应具有均匀的网孔尺寸、小的发气量、好的强度和折叠柔韧度。