一种铝缸体压铸模具预热缸套、其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及缸体铸造技术领域，尤其涉及一种铝缸体压铸模具预热缸套、其制备方法和应用。
背景技术
乘用车发动机缸体是整车的关键零件之一，发动机缸体大多为铝合金、铸铁材质。在产品向精密化、轻量化和节能化的发展趋势中，采用压铸工艺生产汽车发动机铝缸体是最广泛的方法之一。压铸工艺的原理主要是借助压力，将铝合金液体压入模具腔内使之成型，其生产系统包括压铸设备、模具、熔炼设备、浇注系统等。
铝缸体采用压铸工艺生产的效率高，但是压铸模具复杂、成本较高。压铸模具包括芯轴机构，在生产过程中，模具温度对产品和模具寿命影响较大。因此，铝缸体压铸前需要对压铸模具进行预热。预热时，需要使用圆筒形工件气缸套对模具的芯轴进行保护。具体地，先将压铸用模具装入预热缸套，以保护模具芯轴；之后进行压铸预热，依靠铝合金液体的温度重复使用几次，使模具温度达到工艺要求，即可以正常生产。
目前，现有铝缸体压铸模具预热时一般使用铸铁气缸套。由于采用的缸套材质为铸铁，预热后缸体回炉时需要对该铸铁缸套进行分离，但是铸铁缸套不易从缸体中取出、熔化，存在分离困难、铸铁缸套在压铸后回收困难的问题，也不利于废旧铝缸体的回收使用。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种铝缸体压铸模具预热缸套、其制备方法和应用，本申请提供的缸套在预热时能保护模具芯轴，预热后无需与铝缸体分离，使用简单。
本发明提供一种铝缸体压铸模具预热缸套的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔化成铝液，然后进行孕育，经过孕育的铝液的成分包括：Si7.5～9.5wt％；Cu3.0～4.0wt％；Mg≤0.5wt％；Ni≤0.5wt％；Zn≤1.2wt％；Fe≤1.2wt％；Mn≤0.5wt％；Sn≤0.1wt％；Pb≤0.1wt％；Cr≤0.1wt％；余量为Al；
S2、将所述孕育的铝液进行离心铸造，得到铝管毛坯；
S3、将所述铝管毛坯进行T6热处理，得到铝缸体压铸模具预热缸套。
优选地，步骤S2中，所述离心铸造的模具温度为200～300℃。
优选地，步骤S2中，所述离心铸造采用的涂料为石英粉涂料，涂料厚度为0.6～0.8mm。
优选地，步骤S2中，所述离心铸造的出炉温度为800～820℃。
本发明提供一种铝缸体压铸模具预热缸套，由上文所述的制备方法制得；所述铝缸体压铸模具预热缸套为85～95HRB，抗拉强度≥300MPa。
并且，本发明提供如上文所述的缸套在铝缸体压铸模具预热中的应用。
与现有技术相比，本申请采用包括如下成分的铝质材料：Si7.5～9.5wt％；Cu3.0～4.0wt％；Mg≤0.5wt％；Ni≤0.5wt％；Zn≤1.2wt％；Fe≤1.2wt％；Mn≤0.5wt％；Sn≤0.1wt％；Pb≤0.1wt％；Cr≤0.1wt％；余量为Al；并且毛坯铸造采用离心铸造的方式，得到用于铝缸体压铸模具预热的缸套。本发明提供的缸套为铝质预热缸套，其硬度、强度较高，热膨胀系数等与铝缸体相匹配；将该缸套装在模具芯轴上，合模后压铸成型时，不影响正常的压铸过程且模具芯轴上没有任何粘铝或钻铝的情况，可以顺利将压铸件从模具上取下，能够有效提升模具温度。本发明压铸预热后，无需对缸套与缸体进行分离，而直接将铝缸体回炉，从而提高压铸模具的预热效率。同时，本发明使用该缸套产品，有利于缸体废品的回收处理。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的预热缸套一处的100x金相图；
图2为本发明实施例1制得的预热缸套另一处的100x金相图；
图3为本发明实施例1制得的预热缸套一处的500x金相图；
图4为本发明实施例1制得的预热缸套另一处的500x金相图；
图5为本发明实施例1制得的预热缸套的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种铝缸体压铸模具预热缸套的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔化成铝液，然后进行孕育，经过孕育的铝液的成分包括：Si7.5～9.5wt％；Cu3.0～4.0wt％；Mg≤0.5wt％；Ni≤0.5wt％；Zn≤1.2wt％；Fe≤1.2wt％；Mn≤0.5wt％；Sn≤0.1wt％；Pb≤0.1wt％；Cr≤0.1wt％；余量为Al；
S2、将所述孕育的铝液进行离心铸造，得到铝管毛坯；
S3、将所述铝管毛坯进行T6热处理，得到铝缸体压铸模具预热缸套。
本申请方法制备的缸套主要是铝缸体压铸模具预热使用，其在预热时能保护模具芯轴，预热后无需与铝缸体分离，使用简单。
本发明实施例的铸造工艺主要包括配料、熔炼及孕育、浇注、冷却等工序，其中，浇注之前的工艺流程具体可为：装料-熔化-压入铝稀土-变质处理-除气精炼-静置扒渣。
本发明实施例首先按照各成分质量百分比进行配料，主要以ZL109铝锭为原料，并采用精炼剂、变质剂，控制炉内化学成分。本发明实施例将ZL109铝锭等原料熔化成铝液，处理温度为780～810℃，铝液不能出现翻滚。
本发明实施例将得到的铝液进行孕育，经过孕育处理后的成分如下：硅(Si)7.5～9.5wt％；铜(Cu)3.0～4.0wt％；镁(Mg)≤0.5wt％；镍(Ni)≤0.5wt％；锌(Zn)≤1.2wt％；铁(Fe)≤1.2wt％；锰(Mn)≤0.5wt％；锡(Sn)≤0.1wt％；铅(Pb)≤0.1wt％；铬(Cr)≤0.1wt％；余量为铝(Al)。所述孕育具体包括：压入铝稀土合金，之后进行变质处理及除气精炼，经过静置扒渣，得到孕育的铝液。
在本申请的一些实施例中，所述变质处理包括：再次压入铝稀土一定时间，之后压入磷变质剂，静置。所述的铝稀土是一种常规原材料，采用市售产品即可，简称Al-RE；Al-RE一般为含有4-5wt％稀土的铝合金，稀土元素作为脱氧剂，中和铝液中的氧，提高铝液质量。铝稀土合金和磷变质剂都是常有的铝合金铸造生产用的变质剂，其作用是降低铝液的含气量，减少针孔缺陷的概率，同时改变合金的结晶条件，细化晶粒，改善机械性能。
得到孕育的铝液后，本发明实施例将其进行离心铸造，得到铝管毛坯。本发明所述缸套的毛坯铸造采用离心铸造的方式，利于保证预热铝缸套的应用性能等。
现有硅铝合金材料的成型方式包括：棒材冲压形式等。离心铸造是将液体金属浇注进入高速旋转的铸型内，使金属液做离心运动充满铸型并形成铸件。具体地，本发明所述离心铸造采用的涂料为石英粉涂料，其涂覆于铸型模具内壁，涂料厚度可为0.6mm～0.8mm；离心转速范围1600-1700rpm。在本发明离心铸造的过程中，模具温度可为200～300℃；出炉温度优选为800～820℃。
得到毛坯后，本发明实施例将其进行T6热处理，得到铝缸体压铸模具预热缸套。所述的T6热处理为固溶处理加完全人工时效，采用本领域技术人员熟知的热处理工艺即可。
本发明提供了一种铝缸体压铸模具预热缸套，由上文所述的制备方法制得；所述铝缸体压铸模具预热缸套为85～95HRB，抗拉强度≥300MPa。
本发明所述铝缸体压铸模具预热缸套是一种用于预热的铝缸套，其使用过程为：在铝缸体压铸过程中，更换模具或维修设备后造成压铸模具模温低，压住的铝缸体材料冷却快，不能满足缸体材料的需要，因此需要将模具温度升至工艺要求的范围内。
本发明所述铝缸体压铸模具预热缸套的化学成分为：Si7.5～9.5wt％；Cu3.0～4.0wt％；Mg≤0.5wt％；Ni≤0.5wt％；Zn≤1.2wt％；Fe≤1.2wt％；Mn≤0.5wt％；Sn≤0.1wt％；Pb≤0.1wt％；Cr≤0.1wt％；余量为Al。在本发明的实施例中，所述的预热缸套的材料为AlSi9Cu4，这种铝硅合金材料与铝缸体材料相同或相近，其在压铸过程中可产生和铝缸体一样的强度和机械性能，同时又可以解决回收利用的问题。
所述铝缸体压铸模具预热缸套由上文所述的制备方法制得；该缸套毛坯铸造采用离心铸造的方式，材料为AlSi9Cu4，其硬度、强度高。具体地，所述铝缸体压铸模具预热缸套为85～95HRB，抗拉强度≥300MPa。并且，所述铝缸体压铸模具预热缸套的基体组织为初生硅+α相。
此外，所述铝缸体压铸模具预热缸套不需要使用任何的表面处理，只需要使用T6热处理。本发明对该缸套外表面结构没有特殊限制，采用本领域常用的预热缸套结构参数即可；也可以根据不同的产品要求进行后续的机加工工艺流程。本发明一些实施例对该预热缸套进行了样件机加工，其中采用金刚石刀具或类金刚石涂层刀具，做好刀具排削能力的提升及使用切削液将刀具上粘的铝削随加工过程冲掉，从而解决好铝合金材料的加工。在本发明的具体实施例中，所述的缸套成品的外径为90mm，总长200mm，内孔直径76mm。
本发明制造的铝质缸套主要用于缸体压铸领域的模具预热；即，本发明还提供了如上文所述的缸套在铝缸体压铸模具预热中的应用。
现有模具预热均采用铸铁缸套，而本发明采用上文所述的铝质缸套进行预热，预热后可直接将预热时需要回炉的缸体进行回炉，而不需要对缸套与缸体进行分离，较使用铸铁缸套预热要好分离，工艺简单。
在本发明的实施例中，所述的铝缸体的材料可为AlSi9Cu4；模具材料一般是3Cr2W8V。具体地，通常采用720℃铝液进行模具的预热，根据铸件大小，一般要预热3-6次不等，才能达到工艺要求的模具温度180-240℃，可以正常生产。
本发明实施例将上文所述的缸套装在模具芯轴上，合模后压铸成型，不影响正常的压铸过程，且模具芯轴上没有任何粘铝或钻铝的情况，可以顺利将压铸件从模具上取下，能够有效提升模具温度。本发明压铸预热后，无需对缸套与缸体进行分离，而直接将铝缸体回炉，从而提高压铸模具的预热效率。同时，本发明使用该缸套产品，有利于缸体废品的回收处理。
为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的铝缸体压铸模具预热缸套、其制备方法和应用进行具体地描述。
以下实施例中，所涉及的原料和处理剂均为市售产品。
实施例1
配料：ZL109铝锭45kg+20kg回炉料；5.6kg单晶硅；2.8kg Al-50Cu；1kg Ni。加料过程中，这些原料直接加入到电炉内，一同熔化。
熔炼设备为100Kg电炉，按照以下工艺流程进行熔炼及孕育：装料—熔化—压入铝稀土—变质处理—除气精炼(分数次以钟罩压入)-静置扒渣。其中，熔化成铝液的处理温度为800℃，铝液不出现翻滚。压入铝稀土(Al-RE，含有4.4-5％的稀土，其余为铝)也起到一定变质作用，其加量是(铝液总重量的1.5％)1kg，压入5分钟，变质温度720℃；变质处理包括：先压入铝稀土0.4kg(处理的铝液总重量的0.6％)，十分钟后压入磷变质剂1kg(该质量为铝液总重量的1.5％，成分为偏磷酸钠NaPO3+Al2O3，两者质量比为2:1)，静置5分钟。加精炼剂六氯乙烷精炼是为了去除铝液中的气体，具体是压入六氯乙烷0.7kg(加入量是铝液总重量的1％)，分两次压入，静置10分钟。
炉内铝液化学成分控制如下：
表1实施例1中孕育后的铝液的成分(余量为Al)
将所述孕育的铝液进行离心铸造，得到铝管毛坯。其中，涂料为石英粉涂料，涂料厚度为0.6-0.8mm。离心转速范围1600-1700rpm；模温为200-300℃，出炉温度为800℃。该毛坯规格为：外径95/90mm，总长350mm，内孔70mm。
将所述铝管毛坯进行T6热处理，空冷2分钟，得到铝缸体压铸模具预热缸套。成品规格为：外径90mm，总长200mm，内孔76mm
所得预热缸套的金相组织图参见图1-图4，其金相组织是：初生硅+α相。图5为该缸套的结构示意图，其内孔形位圆度为0.03mm，加工后表面粗糙度为3.2；并且，该缸套机械性能包括：85-95HRB，抗拉强度350MPa。
而采用市场上棒材冲压形成的铝管进行缸套加工，其抗拉强度≥240MPa，强度、硬度不如本发明，应用于模具预热容易出现粘铝等问题。
实施例2
将实施例1制得的预热缸套装在模具芯轴(模具材料3Cr2W8V)上，合模后压铸成型，采用720℃铝液进行模具的预热，经过3-5轮后，模具温度从室温缓慢升高到工艺要求的180-240℃。
本发明实施例不影响铝缸体(缸体材料AlSi9Cu4)正常的压铸过程，且模具芯轴上没有任何粘铝或钻铝的情况，可以顺利将压铸件从模具上取下，有效提升模具温度。
传统采用铸铁缸套预热，由于铸铁缸套与缸体材料不一样，铸铁的导热性差，预热时间更长，此时的缸体不能直接回炉，需用外力将缸套剥离后才能回炉，其工序较长且时间无法确定。
由以上实施例可知，本发明打破了普遍采用铸铁预热缸套的行业常规，开发了铝质预热缸套，用于铝缸体压铸模具预热。采用本发明制造的预热缸套，使压铸预热后不用进行缸套与缸体的分离，而直接将铝缸体回炉，提高了预热效率。本发明较使用铸铁缸套预热好分离，工艺简单。并且，本发明所述预热缸套在压铸过程中可产生和铝缸体一样的强度等机械性能，还可解决回收利用的问题，具有重要的实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。
