德国奔驰汽车SKN-R空调气室金属型重力铸造技术

摘要

德国奔驰汽车SKN-R空调气室金属型重力铸造技术，其生产工艺步骤为：1)铸造工艺设计；2)模具设计制造；3)制芯；4)模具准备；5)熔炼；6)浇注；7)清理；8)清洗。本发明的优点是：采用“金属型+砂芯(壳芯)”铸造技术完全可以生产质量合格的SKN-R空调气室，填补国内生产空白，直接出口国外主机厂。

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金金属型重力铸造领域

背景技术

目前国内气室铸造生产，多以砂型铸造为主，且多为单管气室。德国奔驰汽车SKN-R空调气室为双管大气室，其轮廓尺寸为913mm*440mm*180mm，重量为4.5Kg，平均壁厚4.5mm。属于薄壁高强度铸件。由于该气室零件应用在德国奔驰汽车上，因此对产品品质要求非常高，从原材料检测、合金熔炼、模具温度、铸件针孔、力学性能、测漏、修补、表面粗糙度、清洁度、过程能力控制、标识、包装和物流都作了严格规定。由于技术难度大，质量要求高，国内尚无厂家能够生产。该铸件生产的难点在于：

1、铸件大而壁薄，充型困难，易热裂和浇不足；

2、热节多而分散，因组织缩松而渗漏，气密试验要求2bar压力下1min无渗漏；

3、铸件形状复杂，内腔由金属芯、砂芯共同形成，出模困难易顶出变形而尺寸超差。

发明的内容

本发明就是针对SKN-R空调气室由于技术难度大，质量要求高，国内尚无生产厂家之不足，而提供一种德国奔驰汽车SKN-R空调气室金属型重力铸造技术。

本发明生产工艺步骤为：

1、铸造工艺设计

水平分型，上下模结构，两个砂芯，两个金属抽芯；开放式浇注系统，浇道比F_直∶∑F_内≈1∶1.3。

2、模具设计制造

依据客户二维图，进行铸件三维设计，模具三维设计；CNC编程，数控加工，模具热处理，模具装配。

3、制芯

砂芯采用热塑性酚醛树脂覆膜砂，热芯盒壳芯机制芯，热芯盒的工作温度220℃-250℃之间，结壳时间3-5S，结壳厚度5-7mm。壳芯外观橙黄色；整形，去飞边毛刺，砂芯局部涂刷激冷涂料。

4、模具准备

模具喷砂清理后，燃气加热至250℃左右时进行喷涂，模具涂料按铸件结构不同，喷涂厚度不同，热节处喷薄，补缩通道喷厚，涂料厚度一般在15μm-45μm之间；排气塞制备安装，不同部位安装不同的排气塞，并用压缩空气检查排气效果；将准备好的模具安装在浇注机上，进行加热，采用电加热和天然气加热相结合，模具工作温度控制在350℃-420℃之间；

5、熔炼

选择AlSi10Mg(a)合金，原材料中Fe控制在0.3％以内；采用集中熔化分炉保温熔化方式，精炼、变质均在保温炉中进行。旋转除气机氮气精炼，精炼温度720℃±10℃，氮气输出压力0.3-0.5MPa，氮气流量为0.5-1.0m³/h，旋转头转速350-450rpm左右，除气时间15-20min；用以Na盐为主的多元覆合剂进行变质处理，变质温度740℃±10℃，加入量为铝液的0.8-1.2％，处理时间90min；用直读光谱仪进行成分检测，不合格时重新调整成分，重新检测，合格为止；测H，用测氢仪进行含气量检测，不合格时重新精炼，合格为止。

6、浇注

浇注温度720℃±10℃，充型过程实行倾转，倾转时间10-13S。凝固时间3min倾转复位，开型顶出取件，再下芯合型浇注、倾转进入下一个循环。

7、清理  机加

内腔砂芯清理，浇冒口切除，飞边毛刺清理，机加工。

8、气密  清洗

专用气密试验机测漏，气密试验2bar压力下1min无渗漏；超声波清洗机清洗，清洁度要求≤70mg。

本发明的优点是：采用“金属型+砂芯(壳芯)”铸造技术完全可以生产质量合格的SKN-R空调气室，填补国内生产空白，直接出口国外主机厂。

附图说明

附图1为德国奔驰汽车SKN-R空调气室结构图。

附图2为本发明铸造工艺流程示意图。

具体实施方式

原材料选择

按德国DIN EN1706：1998标准，选用EN AC-43000即AlSi10Mg(a)牌号铝硅合金，

主要化学成分为(w％)：

Si 9.0-11.0  Mg 0.20-0.45  Fe 0.55  Cu 0.05  Mn 0.45  Ni0.05  Zn 0.10  Pb 0.05  Sn0.05  Ti 0.15  单个≤0.05  总和∑0.15。

机械性能J-F(金属型  铸态)

抗拉强度σb≥180MPa，

屈服强度σ0.2≥90MPa，

延伸率δ5≥2.5％

布氏硬度HBS 55

为了减少Fe对铝硅合金的不利影响，特别是Fe对针孔度的影响，原材料中的Fe含量控制在0.3％以下。

具体生产工艺步骤为：

1、铸造工艺设计

根据SKN-R气室的结构特点，确定如下铸造工艺方案：水平分型上下模结构，两个独立砂芯(壳芯)，两个固定金属芯，开放式浇注系统，浇道比约为F_直∶∑F_内≈1∶1.3；上下模材料选用球铁，侧抽芯选用模具钢H13。

2、模具设计制造

依据二维图，进行铸件三维设计，模具三维设计；CNC编程，数控加工，模具热处理，模具装配。

3、制芯

砂芯采用热塑性酚醛树脂覆膜砂，热芯盒壳芯机制芯，热芯盒的工作温度220℃-250℃之间，结壳时间3-5S，结壳厚度5-7mm。壳芯外观橙黄色；整形，去飞边毛刺，砂芯局部涂刷激冷涂料。

4、模具准备

模具喷砂清理后，燃气加热至250℃左右时进行喷涂，涂料厚度一般在15μm-45μm之间；排气塞制备安装，不同部位安装不同的排气塞，并用压缩空气检查排气效果；将准备好的模具安装在浇注机上，进行加热，采用电加热和天然气加热相结合，模具工作温度控制在350℃-420℃之间；

5、熔炼

选择AlSi10Mg(a)合金，它接近共晶成分，主要由α固溶体相、α+Si相及Mg₂Si相组成。当Fe含量较高时会存在β相(Al₉Fe₂Si₂+AlFeMnSi)，为减少β相的影响，在原材料采购中，Fe控制在0.3％以内；采用集中熔化分炉保温熔化方式，精炼、变质均在保温炉中进行，旋转除气机氮气精炼，精炼温度720℃±10℃，氮气输出压力0.3-0.5MPa，氮气流量为0.5-1.0m³/h，旋转头转速350-450rpm左右，除气时间15-20min；用以Na盐为主的多元覆合剂(市售产品)进行变质处理，变质温度740℃±10℃，加入量为铝液的1％左右，有效时间长达90min。用直读光谱仪进行成分检测，不合格时重新调整成分，重新检测；测H，用测氢仪进行含气量检测，不合格时重新精炼，合格为止。

6、浇注

浇注温度720℃±10℃，充型过程实行倾转，倾转时间10-13S，凝固时间3min倾转复位，开型顶出取件，再下芯合型浇注、倾转进入下一个循环。

7、清理  机加

内腔砂芯清理，浇冒口切除，飞边毛刺清理，机加工。

8、气密  清洗

专用气密试验机测漏，气密试验2bar压力下1min无渗漏；超声波清洗机清洗，清洁度要求≤70mg。

运用华铸CAE10.0铸造工艺分析软件进行模拟分析，其结论是：铸件在凝固过程中出现了较大孤立液相且存留时间较长，会有缩孔缩松倾向，铸件浇注系统较为恰当，充填次序相对合理，充型平稳，但铸件充填过程中存在极少部位超低温区，也可能形成冷隔缺陷。参照模拟结果，通过调整冒口的大小和位置、涂料的厚薄、排气塞(排气槽)的位置与数量等参数来平衡凝固温度场，实现同时凝固，以消除缩松、浇不足等缺陷。