KV6汽车发动机铝合金缸体缸盖铸造质量改善

第14卷第2期2009年4月工业工程与管理

Industr ial Engineer ing and M anag ement V ol.14N o.2 Apr.2009

文章编号:1007-5429(2009)02-0135-04

收稿日期:2008-11-10; 修回日期:2009-01-15

作者简介:毛建伟(1970-),男,江苏无锡人,电气工程师,主要研究方向为钢铁铸造。

KV6汽车发动机铝合金缸体缸盖铸造质量改善

毛建伟1,侯文瑞2,蒋祖华2

(1.上海皮尔博格有色零部件有限公司,上海200062;2.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240) 摘要:介绍了新引进的KV6汽车发动机铝合金缸体缸盖的铸造工艺特点和浇铸系统,针对试生产过程中发现的质量缺陷,利用质量控制工具对产品质量数据进行分析,通过排列图等方法快速

地找出了影响产品质量的重点质量缺陷及这些缺陷易发生的部位,并提出了相应的解决方案,最后通过与采取了改进措施的生产数据的对比,表明本文采取的质量控制方法和措施可以有效地提高铸造产品质量.

关键词:质量改善;铝合金铸造;缸体;缸盖中图分类号:TG2-36 文献标识码:A

Foundry Q uality Improvement for Aluminum Alloy

Cylinder Block and Head of KV 6Engine

M AO Jian -w ei 1

,H OU Wen -rui 2

,JIA NG Zu -hua

2

(1.Kolbenschmidt Pierburg Shang hai No nfer rous Co mponents Co.,Ltd,Shang hai 200062;2.Schoo l of M echanical Eng ineering ,Shanghai Jiaotong Univ.Shang hai 200240,China) Abstract:T he casting characteristics and method of KV6engine cylinder block and head w as introduced.The key defect and its po sition w as soug ht out through analyzing the pr oduction quality data w ith quality too ls.The cor respo nding measur es w ere applied to these defect pro blems.After applied those m easures,the productio n quality w as im pro ved by a larg e m argin,w hich show s the adopted metho d and measure are effective practically.

Key words:quality improv em ent;aluminum alloy casting;cylinder block;cylinder head

1 引言

铝合金有利于减轻发动机重量,增加发动机的性能,因此越来越多的发动机缸体缸盖有向采用铝合金铸造发展的趋势。KV6发动机缸体缸盖是上汽集团荣威汽车750轿车发动机上的重要零部件,采用铝合金浇铸而成。KV6发动机缸体在英国的供应商是著名的Cosw orth 公司,该公司采用其独创的电磁泵低压砂包翻转专利技术,开发并生产了多款赛车发动机缸体,其铝合金发动机具有重量轻,形状复杂,强度高等特点,但其核心电磁泵的设计制作及如何实现翻转这两项关键技术是专利,且国内

没有成熟的供应商,因此完全引入其生产方式存在很大的困难。由于产品结构复杂(特别是缸盖的顶置凸轮机构更增加了产品的浇铸难度),而该项目国

产化时间又紧,我们根据国内气压式低压铸造机的实际应用情况,重新设计泥芯模具和浇注系统的工艺,经过大量CAE 仿真分析和生产试验,对多种浇注系统进行充型和凝固结果对比,选择了最优方案后进行批量试生产,对试生产中存在的气孔、缩松、渗漏和尺寸超差等铸造质量缺陷运用质量管理工具进行分析,快速找出产品报废的主要因素及部位,从而在较短时间内,使产品的批量生产质量获得了大幅提高,确保了产品的及时交样和批量供货,满足了

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第14卷毛建伟,等:K V6汽车发动机铝合金缸体缸盖铸造质量改善

大批量生产的要求。

2 产品及其铸造工艺简介

2.1 材料及结构

KV6发动机缸体缸盖的采用的是LM25-1优质铝合金,该材料是在英国牌号为BS1490LM 25铝合金的基础上对其中的合金成份进行重新调整得到的,采用这种优质铝合金的缸体经T 6处理后,本体的抗拉强度达到230~280M Pa,延伸率达2%以上,硬度可达90~110布氏单位以上,保证了缸体优良的机械性能,并且有良好的铸造性能。KV6发动机的缸体和缸盖属于高强度、薄壁复杂铸件,对铸造工艺有较高要求。如图1所示,KV6发动机缸体的左右缸筒成90b 夹角非对称排列,左右列气缸中心错开22.5mm 。为提高发动机的冷却性能,采用了敞开式水套设计,即缸筒上边缘距缸盖安装面有很大的高度差。所有的高压油道都是通过后加工成形(图1(b)中银白色所示部分)

。

图1 KV6发动机缸体铸件外形图

2.2 铸造工艺

KV6发动机缸体采用LM 25-1优质铝合金,经过Sr 变质处理后,进行吹氮除渣除气处理,使用称重法测定铝液密度,当铝液密度达到2.60以上后,再转移到低压保温炉中进行浇注。采用低压砂型浇注方式,整个产品没有金属外模,是由砂芯拼装成一个砂包,然后再进行浇注。根据对产品三维和实样的研究及产品的工程性能特点,首先确定了三种浇注系统的设计,应用M AGMA 软件对多种种浇注系统充型和凝固结果进行CAE 仿真分析对比,选择其中的最佳方案:从曲轴挡板位置两侧进料。这种浇注方式有利于对曲轴挡板的补缩,同时对浇冒口容易进行粗加工清理。

2.3 浇注系统

根据MAGM A 软件进行CAE 仿真分析的结果,确认浇铸系统后,对模具进行设计制作,根据缸体的结构,进行了合理的分型,尽量将加工定位基准集成在一块泥芯上,保证装配精度和加工尺寸的稳定性,对于一些结构复杂的型腔采用泥芯粘接设计。具体砂型组装如图2所示顺序(a -b -c -d)。

这种模具(砂型)的工艺设计特点,保证了人工组装砂芯的装配精度,并且完全和目前国内气压式低压铸造机相匹配,能够使产品达到较好的内在

质量。

图2 砂型组装图

3 质量问题现状分析

在试生产阶段产品废品率较高,为此我们采用质量管理的方法,对存在的质量缺陷问题进行分析和改进。该产品的质量缺陷主要有缩松、气孔、尺寸

超差和毛坯等项目。记录试生产一月内生产及产品质量缺陷数据:共上料生产6210套,废品763套,总废品率为12.286%,归结废品的质量缺陷数据如表1所示。表1 质量缺陷统计表

序号缺陷项目废品数本项(%)

累计(%)

1缩松41254542气孔16721.8975.883尺寸超差9212.0687.944毛坯缺陷33 4.3392.275其他

597.73100

合计

763

100

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