原标题：广东鸿图：缸体主轴承盖压铸件铝铁分离原因分析及改善

发动机缸体是构成发动机结构中的基础零件，缸体的主轴承盖结构承载着曲柄连杆机构往复运动所施加的交变载荷。为了保证有足够的刚性和轻量化，主轴承盖铸件一般采用铝合金压铸生产，在轴承部位镶嵌轴瓦。传统主轴承盖功能设计时，加工轴瓦顶部半圆弧端面，装配飞轮组即可。随着汽车轻量化需求的发展，持续优化功能结构设计，把包裹轴瓦的侧边部分铝皮进行加工去除，实现减重。由于铝铁两种不同材质的紧密结合，机加工后出现在加工结合面的镶嵌结合处出现间隙分离现象（简称“铝铁分离”），本研究主要针对主轴承盖铸件的铝铁分离的原因展开分析并提出相应解决方案，旨在为类似问题的解决提供参考。

图文结果

图1为主轴承盖铸件定模和动模图，其轮廓尺寸为295 mm×145 mm×85 mm，质量为2.65 kg，铸件材质为ADC12合金，平均壁厚为3 mm。铸件镶嵌着4个轴瓦，每件轴瓦质量为0.4 kg，尺寸为100 mm×53.5 mm×18 mm，轴瓦材质为球墨铸铁。根据主轴承盖铸件使用特性要求，表面加工的铝与铁分离标准为：间隙≤0.2 mm。从图1可以看出，主轴承盖铸件呈长方形，横梁镶嵌着4个轴瓦。前期试制阶段，统计铸件铝铁分离缺陷的不良率高达40%，最大间隙达到0.8 mm，见图2。根据现场分析，铝和铁两种不同性质的物质贴合受到多种因素影响，为此，如何提高铝液与轴瓦贴合效果，拟从压铸工艺方面展开各项分析。

图1 主轴承盖铸件的定模和动模侧宏观形貌

图2 主轴承盖铸件加工效果与间隙分离

主轴承盖是镶拼轴瓦一起铸造成形，为了保证两种不同材质的东西紧密贴合，对模具温度、轴瓦预热温度和铝液温度管理设计进行试验验证。

浇道系统设计受到铸件结构空间限制，设计成双侧多条浇道布局方案。浇注铝液充填经过内浇口时，直接冲击到轴瓦，受到常温轴瓦的影响和阻挡，使铝液充填温度快速下降，较低温度填充到末端位置，易出现成形不良或冷隔，直接影响铝液与轴瓦的贴合度。为了补偿铝液温度的散失，铝液浇注温度从660 ℃提高到690 ℃，以保证铝液的流动性。

提高铝液浇注温度同时，提高模具温度也非常重要。主轴承盖铸件设计8条充填浇道，由于流道长，流动过程中散失部分热量。同时，脱模剂喷涂在动定模表面，蒸发带走部分热量，导致模具表面温度快速下降，从而影响了铝液充填效果。为了改善此问题，模具水冷改为模温油冷却。图3为定模喷涂前后的模温情况。模温机温度设定为230 ℃，保证脱模剂喷涂后，模具表面温度快速回升，以减少热量散失，增加铝液与轴瓦的贴合度。

轴瓦由球墨铸铁砂型铸造，常温轴瓦表面与高温浇注铝液接触后快速形成激冷层，随着铝液凝固收缩，极大的内应力促进铝铁分离，形成间隙。为了缓解铝液填充过程温度快速下降，使用轴瓦预热装置，见图4。该装置包括定位块、输送推动杆、加热丝等。通过高频加热短时间内将温度升至230 ℃，然后由机器人夹取轴瓦放至定模定位针上，整个过程时间短、效率高，温度散失少。

图3 定模喷涂前后的模温情况

图4 轴瓦预热装置

图5 定模轴瓦表面温度一致

轴瓦属于球墨铸铁砂型铸造，易生锈，为了保证表面质量，对其表面涂防锈油。对铸件铝铁分离进行分析，发现油迹可能使铝液与轴瓦表面贴合出现问题。铝液填充型腔后，轴瓦表面防锈油被铝液包裹后，受热气化后，排不出去，存在铝皮与轴瓦间隙之间。当铸件铝皮部分机加工后，轴瓦露出，气体会沿着间隙通道逸出，形成间隙，造成铝铁分离。

为了验证油迹的影响，分别对轴瓦进行抛丸和喷砂处理，分别与正常铸件（不作任何表面处理）进行对比。抛丸时间为5 min和10 min；喷砂时间为30 s和60 s结果见图6。通过与正常铸件（不作任何表面处理）进行对比轴瓦分离间隙位置数量，见图7。发现抛丸5 min和10 min的轴瓦与正常铸件的分离间隙位置数量比较接近，说明轴瓦抛丸处理后的表面粗糙度不能改善铝液与轴瓦表面贴合效果。喷砂30 s和60 s的轴瓦分离间隙位置数量比正常铸件的略少，但改善不明显。所以，轴瓦表面进行抛丸和喷砂处理，增加表面粗糙度，不能大幅度提高与铝液贴合效果，改善分离现象。

图6 轴瓦抛丸与喷砂处理

图7 轴瓦表面处理对铝铁分离影响

图8 高速速度对铝铁分离影响

通过对铝铁分离间隙尺寸的占比统计，发现90%分离集中在轴瓦R转角处。分析认为，铸件转角处壁厚较薄，铝液填充完成后凝固收缩，收缩冷却过程中，与此位置的轴瓦接触表面出现细微应力分离， 同时铝液填充在此角出现回旋打转，易形成冷料。针对上面分析，提出修改轴瓦结构，将转角的过渡圆角R9改成R20进行压铸试验，目的是提高铝液流动顺畅和冷料会集。图9和图10分别为轴互加工状态及改进工艺后铝铁分离间隙统计。可以看出，24件铸件过渡圆角R9和R20的分离间隙尺寸，尺寸<0.2 mm的占比分别为94.8%和97.9%，尺寸>0.2 mm分别为5.20%和2.10%，过渡圆角R20的数据略高一点，轴瓦过滤圆角结构对分离间隙的影响不大。通过对主轴承盖模具温度、轴瓦温度和压铸工艺参数的调整优化，确认了主要影响因素，使主轴承盖铝铁分离问题得到根本性解决，主轴承盖件大批量生产合格率达到99.5%。

图9 轴瓦加工状态

图10 铝铁分离间隙尺寸占比统计数据

结论

（1）铝和铁两种不同材质结合一起，受本身固有收缩率影响大，容易造成铝皮与轴瓦镶嵌结合处表面分离，形成间隙。

（2）轴瓦结构优化和表面增加涂层，对铝液与轴瓦贴合度略有提升，但改善效果不明显。

（3）模具和轴瓦温度提升和压铸工艺优化，可以明显改善铸件铝铁分离的压铸缺陷。

《缸体主轴承盖压铸件铝铁分离原因分析及改善》

朱宇

广东鸿图科技股份有限公司

本文转载自：《特种铸造及有色合金》杂志社