CN115608952A - 一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统及其加工方法，其通过对模具进行优化、并对缸头加工工艺进行优化来解决现有存在的裹气现象、缩孔现象、溢流存在死角问题，压铸模具上设置有模具型腔，与模具型腔连接的内浇道、直浇道、横浇道和溢流槽；横浇道与内浇道相互匹配，内浇道的厚度为横浇道厚度的5‑8倍；直浇道由压室和浇口套组成，整体形状为一体的倒锥形结构，直浇道的锥角口取值在4‑12°，直浇道的截面积为内浇道口的3‑4倍；溢流槽设置在压铸模具的动模上，所有溢流槽合并到一起为一体设计；冷却装置用于提高壁厚区域的降温效率，使各部分凝固温度能够均衡；加热装置用于提高壁厚区域的局部温度升高，减少压铸变形。

Description

一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统及其方法

技术领域

本发明涉及压铸缸头领域，具体而言，涉及一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统及其方法。

背景技术

随着西南压铸技术的飞速发展，以及我国行业布局的调整，西南地区压铸件的产量将会有一个非常显著的增加。如何提高品质，使西南地区尤其是重庆制造的手机、笔记本、汽车及通机配件在市场中占有更高的份额，其中之一便是提高产品的压铸件质量。

在铝合金缸头的制备过程中，至少发现存在如下问题：第一，充型过程中存在裹气现象，裹气量为0.00248g/cm3，引起零件内部的空隙增加，对铸件的硬度造成影响；第二，受到凝固速率的影响，零件内部将会形成拉应力，导致缩孔现象出现，使得铝合金支架易发生断裂，使零件的拉伸性能下降；第三，溢流控制存在死角区，导致金属液无法迅速覆盖模具，甚至出现大规模孔洞，引起严重的缺陷问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统及其加工方法，其通过对模具进行优化、并对缸头加工工艺进行优化来解决现有存在的裹气现象、缩孔现象、溢流存在死角问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统，该加工系统包括：压铸模具、冷却装置和加热装置，压铸模具上设置有模具型腔，与模具型腔连接的内浇道、直浇道、横浇道和溢流槽；内浇道上设置有排气槽，排气槽连接到溢流槽；横浇道与内浇道相互匹配，内浇道的厚度为横浇道厚度的5-8倍；直浇道由压室和浇口套组成，整体形状为一体的倒锥形结构，直浇道的锥角口取值在4-12°，直浇道的截面积为内浇道口的3-4倍；溢流槽设置在压铸模具的动模上，所有溢流槽合并到一起为一体设计；冷却装置用于提高壁厚区域的降温效率，使各部分凝固温度能够均衡；加热装置用于提高壁厚区域的局部温度升高，减少压铸变形。

一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工方法，包括上述加工系统，该加工方法包括：

对铝合金缸头采用仿真模型进行分析，对压铸过程进行模拟，对压铸效果进行判断后得到合适的压铸方案；

金属用先后侧充填，到达前侧后再两侧充填，直至充满为止，形成多股金属流的汇流，消除填充死角；

凝固阶段，采用冷却装置对壁厚区域的进行降温，使各部分凝固温度能够均衡，增强对缩孔问题的抑制作用；

待铝合金缸头压铸成型后，进行探伤检测，挑选出不合格的铝合金缸头。

在本发明的较佳实施例中，上述铝合金缸头的浇注温度650-700℃、模具预热温度250℃、压射速度4.5-5.0m/s。

在本发明的较佳实施例中，上述压铸模具具有台阶状的模具型芯。

在本发明的较佳实施例中，上述在采用压铸模前，先进行去应力，进行一次退火，然后进行淬火

在本发明的较佳实施例中，上述模具在5000～10000模次时进行一次应力回火，此后每一次回火间隔为15000～20000模次。

在本发明的较佳实施例中，上述横浇道整体形状为凹槽桩，槽底角度为100°，高为22mm，长底边为51.7mm。

本发明实施例的有益效果是：本发明中的高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统和加工方法对压铸模具进行优化改进，通过设置一体式的溢流槽，优化了裹气问题；引入了冷却装置，对模具壁厚的区域进行有针对性的降温，使各部分凝固温度能够均衡，增强对缩孔问题的抑制作用；缸头的充型方式进行优化，消除填充后的死角区域，能够提升高性能压铸铝合金缸头的成本合格率。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

本实施例提供一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统，其特征在于，加工系统包括：

压铸模具，压铸模具上设置有模具型腔，与模具型腔连接的内浇道、直浇道、横浇道和溢流槽；内浇道上设置有排气槽，排气槽连接到溢流槽；横浇道与内浇道相互匹配，内浇道的厚度为横浇道厚度的5-8倍；直浇道由压室和浇口套组成，整体形状为一体的倒锥形结构，直浇道的锥角口取值在4-12°，直浇道的截面积为内浇道口的3-4倍；由于充型过程中存在裹气现象，裹气量为0.00248g/cm3，引起零件内部的空隙增加，对铸件的硬度造成影响，溢流槽设置在压铸模具的动模上，所有溢流槽合并到一起为一体设计，改进后裹气量为0.00112g/cm3，裹气量减少一半以上，说明裹气问题得到优化，溢流槽的改造起到了作用。

冷却装置，用于提高壁厚区域的降温效率，使各部分凝固温度能够均衡；改进前凝固时间为18s，改进后为15s，壁厚区域凝固时间明显缩短，使得整体凝固时间得以缩短，并且未发生缩孔问题，说明冷却系统的引入取得成功。

加热装置，用于提高壁厚区域的局部温度升高，减少压铸变形。

其中，内浇道采用进料的方式实现浇筑，需要对内浇口结构进行设计，使内浇口的位置、方向具备合理性，保证金属液能够顺利进行流通，对模具进行快速填充，缩短金属液的流动时间。金属液流经部位包括深腔部位、排气阀、分型面等，应缩短金属液的流经路程，降低热量的散失程度，使内浇道能够稳定地工作。

内浇道型腔内存在气体，将会对金属液的填充形成阻塞力，通过排气槽设计来提高排气效果，提高排气控制的流动性，降低金属液的流通阻力横浇道设计基于便于加工清理的原则，保证金属液流动性的同时降低热损失，增强金属液流动的推进作用。横浇道设计遵循两项原则：第一，需要确保填充形状的顺畅，整体形状为凹槽桩，槽底角度为100°，高为22mm，长底边为51.7mm，保障金属液可以平稳流动。第二，需要对热损失进行控制，减少浇注过程的能量损耗，避免金属液温度大幅度下降，减少金属液加工温度的损失。

横浇道应注重形状设计，并且与内浇道相匹配，使二者具有良好的衔接性，满足金属液的流动要求。内浇道厚度设计应满足横浇道厚度为内浇道厚度的5～8倍，因此升温和降温装置作用于内浇道。这样可以保证横浇道的尺寸符合要求，提高工艺流程设计的合理性，确保工艺参数设计的匹配性。

直浇道具有引导金属液向下流动的作用，通过重力作用降低流体阻力，确保浇注过程的流畅性。直浇道由压室和浇口套组成，整体形状为倒锥形，二者之间需要成为整体结构，做好配合间隙的控制，进而实现良好的同轴度。直浇道还具有缓冲作用，使金属液沿着表面流动，防止金属液对底部造成冲击，避免金属液飞溅情况出现，而且能够改善金属液的流量分布，使其具有良好的流动状态。直浇道锥角口取值在4～12°，截面积为内浇道口的3～4倍，有助于二者的连接控制，保障直浇道具有良好的入口形状。

溢流槽是防止金属液溢流的关键结构，可以对溢流过程进行引导，防止金属液的局部产生涡流，保障金属液具有良好的填充状态。为了确保溢流槽能够发挥作用，一方面，需要对温度进行控制，确保金属液能够熔融溢出，保证模具处于热平衡状态；另一方面，需要增强对铸件的压缩作用，提高铝合金支架的铸模效果，使多余的金属能够溢流出来，将铸件压缩成指定的形状。溢流槽需要设置在动模上，为动模提供包紧力，保障铸件在开模后能够随动带出，提高铸件的内部质量。

本实施例还提供了一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工方法，包括上述加工系统，具体的加工方法包括：

首先对铝合金缸头采用仿真模型进行分析，对压铸过程进行模拟，对压铸效果进行判断后得到合适的压铸方案；采用计算机辅助设计技术，对铸型中的溢流槽和内浇口进行优化，以降低浇铸过程中的冲蚀作用，从而延长模具的使用寿命。

在采用压铸模前，先进行去应力，进行一次退火，然后进行淬火。具体的模具在5000～10000模次时进行一次应力回火，此后每一次回火间隔为15000～20000模次。

金属用先后侧充填，到达前侧后再两侧充填，直至充满为止，形成多股金属流的汇流，消除填充死角；具体的，铝合金缸头的浇注温度650-700℃、模具预热温度250℃、压射速度4.5-5.0m/s。压铸模具具有台阶状的模具型芯。横浇道整体形状为凹槽桩，槽底角度为100°，高为22mm，长底边为51.7mm。充型方式改进后，提高了金属液流动的平稳性，使其可以均匀流向铸件各处，将金属液最终导向溢流槽，使充型方式得到有效优化。

凝固阶段，采用冷却装置对壁厚区域的进行降温，使各部分凝固温度能够均衡，增强对缩孔问题的抑制作用；

压铸试验是检验实际效果的关键，在设定适宜的压铸参数后，将金属液进行压铸成型，检验压铸缺陷问题是否得到解决，根据实际情况重新进行优化。压铸试验以铸件的成型效果作为检验标准，如外观完整、表面光洁等。必要时，需要对铝合金支架进行探伤检测，对肉眼不可见的缺陷进行检验，确定金属内部是否存在损伤，如裂隙、夹渣等，保障发动机支架的质量。通过压铸试验对铝合金支架进行试生产，对铸件的合格率进行检验，保障压铸试验能够发挥作用，使发动机支架能够达到合格标准，确保支架具有良好的固定效果。待铝合金缸头压铸成型后，进行探伤检测，挑选出不合格的铝合金缸头。

综上，本发明中的高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统和加工方法对压铸模具进行优化改进，通过设置一体式的溢流槽，优化了裹气问题；引入了冷却装置，对模具壁厚的区域进行有针对性的降温，使各部分凝固温度能够均衡，增强对缩孔问题的抑制作用；缸头的充型方式进行优化，消除填充后的死角区域，能够提升高性能压铸铝合金缸头的成本合格率。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工系统，其特征在于，所述加工系统包括：

压铸模具，所述压铸模具上设置有模具型腔，与模具型腔连接的内浇道、直浇道、横浇道和溢流槽；所述内浇道上设置有排气槽所述排气槽连接到所述溢流槽；所述横浇道与所述内浇道相互匹配，所述内浇道的厚度为所述横浇道厚度的5-8倍；所述直浇道由压室和浇口套组成，整体形状为一体的倒锥形结构，所述直浇道的锥角口取值在4-12°，所述直浇道的截面积为内浇道口的3-4倍；溢流槽设置在压铸模具的动模上，所有溢流槽合并到一起为一体设计；

冷却装置，用于提高壁厚区域的降温效率，使各部分凝固温度能够均衡；

加热装置，用于提高壁厚区域的局部温度升高，减少压铸变形。

2.一种高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工方法，包括权利要求1中的加工系统，其特征在于，所述加工方法包括：

对铝合金缸头采用仿真模型进行分析，对压铸过程进行模拟，对压铸效果进行判断后得到合适的压铸方案；

金属用先后侧充填，到达前侧后再两侧充填，直至充满为止，形成多股金属流的汇流，消除填充死角；

凝固阶段，采用冷却装置对壁厚区域的进行降温，使各部分凝固温度能够均衡，增强对缩孔问题的抑制作用；

待铝合金缸头压铸成型后，进行探伤检测，挑选出不合格的铝合金缸头。

3.根据权利要求2所述的高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工方法，其特征在于，所述铝合金缸头的浇注温度650-700℃、模具预热温度250℃、压射速度4.5-5.0m/s。

4.根据权利要求2所述的高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工方法，其特征在于，所述压铸模具具有台阶状的模具型芯。

5.根据权利要求1所述的高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工方法，其特征在于，在采用压铸模前，先进行去应力，进行一次退火，然后进行淬火。

6.根据权利要求5所述的高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工方法，其特征在于，模具在5000～10000模次时进行一次应力回火，此后每一次回火间隔为15000～20000模次。

7.根据权利要求2所述的高性能压铸铝合金缸头柔性化智能加工方法，其特征在于，横浇道整体形状为凹槽桩，槽底角度为100°，高为22mm，长底边为51.7mm。