丁貴才

摘 要：文章主要針對(duì)柴油機(jī)鋁活塞氣孔存在的缺陷問(wèn)題進(jìn)行分析，并且依據(jù)實(shí)際情況提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)措施，以保證鋁活塞的質(zhì)量，降低廢品率，提高資源的綜合利用率。

關(guān)鍵詞：鋁活塞；針狀氣孔；缺席及改進(jìn)措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.040

文章主要以某廠所生產(chǎn)的鋁活塞為例進(jìn)行分析。大功率柴油機(jī)在制造中對(duì)鑄件的要求較為嚴(yán)格，工作人員經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鋁活塞廢品率較高的主要原因是銷孔位置出現(xiàn)針狀氣孔，存在較大缺陷，導(dǎo)致整體設(shè)備不能正常使用，整體資源利用效率較低。

1 鋁活塞概述

鋁活塞在制造中主要是以鋁合金為基礎(chǔ)材料，其中包括：0.8～1.4%的富砷混合稀土元素及Sn、Pb、Zn、Cr、Ti微量金屬元素。在熔煉工作中，稀土元素和合金元素相互作用，就可以形成多種稀土化合物，并且所形成的合金組織勻稱，線膨脹系數(shù)小，強(qiáng)度大，穩(wěn)定性都較好，可加工性較強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度大于等于275N/mm2，硬度為：HBS95-135。通常來(lái)說(shuō)，鋁活塞的工作環(huán)境為：高壓、高溫、高速，在工作中鋁活塞都是和高壓氣體直接進(jìn)行接觸，溫度可以達(dá)到2500℃，并且散熱條件較差，所以活塞頂端所承受的氣體壓力較大，此時(shí)活塞就會(huì)產(chǎn)生沖擊力，還會(huì)受到側(cè)面壓力。活塞在氣缸中的運(yùn)行速度為8-12m/s，并且速度在不斷變化，由于所產(chǎn)生的慣性較大，就會(huì)導(dǎo)致活塞在運(yùn)行中出現(xiàn)很大的加載荷，進(jìn)一步對(duì)活塞的使用壽命造成較大影響。在我國(guó)汽車制造加工行業(yè)中，鋁活塞已發(fā)展成為輕質(zhì)高強(qiáng)度的新材料，且占據(jù)著重要地位，因此，只有不斷強(qiáng)化其制造工藝，加強(qiáng)對(duì)各種問(wèn)題的優(yōu)化處理，才能從根本上提高鋁活塞質(zhì)量，降低廢品率，提高資源利用效率，保證鋁活塞制造企業(yè)良好的經(jīng)濟(jì)效益。通常將高負(fù)荷活塞的銷孔設(shè)計(jì)成微內(nèi)錐型或正應(yīng)力曲面型（異型銷孔），銷孔尺寸精度達(dá)IT4級(jí)，輪廓精度為0.003mm。

2 鋁活塞制造工藝

某工廠鋁活塞主要制作流程為：先對(duì)鋁合金進(jìn)行熔煉，該環(huán)節(jié)主要包括：除氣處理、除渣處理、變質(zhì)處理等，然后在對(duì)其進(jìn)行低壓澆鑄。

3 鋁活塞針狀氣孔分析

3.1 針狀氣孔的影響

在鋁活塞應(yīng)用中，針狀氣孔一定程度上減少了鑄件的截面積，并且會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力，最終導(dǎo)致金屬的整體強(qiáng)度降低，縮短了鋁活塞的使用壽命。

3.2 鋁活塞針狀氣孔的成因分析

經(jīng)過(guò)工作人員的研究分析，鋁活塞針狀氣孔形成的主要原因?yàn)椋?/p>

（1）低壓坩堝中的鋁液存在氣體；（2）金屬在澆筑中，活塞的凝固順序是從上而下，并且在凝固過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的氣體匯集于銷孔位置，如果不能及時(shí)其減少排放，最終會(huì)在此處形成氣孔。

通常來(lái)說(shuō)，鋁合金中存在的主要?dú)怏w為氫氣，大約占據(jù)總量的85%，氫氣主要是鋁液和水產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)后所形成的產(chǎn)物，化學(xué)式為：在高溫條件下，Al+3/2H2o=1/2（OH）3（y-晶體）+3H（溶于鋁液）。鋁合金在大氣中進(jìn)行熔煉，會(huì)產(chǎn)生一定的氧化物，使得鋁液中的含氣量驟增。如果鋁合金熔煉時(shí)間越長(zhǎng)且溫度較高，那么鋁液對(duì)氣體的需求量就越大。

在研究中，鋁液中如果有氣體，就說(shuō)明只具備了針孔形成的條件，對(duì)于是否形成針孔或者形成針孔的大小主要取決于鑄件在澆筑中的凝固作用以及凝固中鋁液的外部壓力。如果鑄件凝固速度越快，那么鋁液的外部壓力越大，就說(shuō)明形成針狀氣孔的可能越小。在低壓鑄造中由于外部壓力較大，相對(duì)冷卻速度較快，可以有效減少氣孔的產(chǎn)生，需要注意是，如果氣體不能順利排出，那么就十分有可能在出現(xiàn)氣孔，因此，在實(shí)際應(yīng)用中工作人員可以采用涂料層蓄氣進(jìn)行排氣，主要是由于涂料層和金屬型相比具有良好的孔隙度，所以具有一定蓄氣和通氣能力。

經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，鋁活塞制造過(guò)程中銷孔出現(xiàn)針狀氣孔的主要原因是：

（1）鋁合金的熔煉時(shí)間較長(zhǎng)，并且熔煉溫度較高，鋁液中氧化物雜質(zhì)較多；（2）三元變質(zhì)過(guò)程中極易吸收水蒸氣，導(dǎo)致在三元進(jìn)行處理的時(shí)候鋁液中氣體含量較大；（3）澆筑工作中，空氣中的水漲氣和鋁液以及氧化雜質(zhì)容易出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致鋁液中氣體含量增加；（4）澆筑工作中，充型速率較快，導(dǎo)致鋁液的整體凝固時(shí)間減少，一些氣體不能及時(shí)排除，從而出現(xiàn)針狀氣孔；（5）澆筑工作中，在模具處理中涂料層的使用較少，不能及時(shí)吸收鋁液凝固時(shí)所產(chǎn)生的氣體，從而導(dǎo)致銷孔位置出現(xiàn)針狀氣孔。

4 鋁活塞針狀氣孔的改造措施

在實(shí)際工作開(kāi)展中，針對(duì)上述問(wèn)題所提出的改造措施為：

（1）在零部件制造過(guò)程中，在儲(chǔ)氣罐中加入適當(dāng)量的干燥劑。更換周期為每月更換一次，在空壓機(jī)運(yùn)行前，應(yīng)該及時(shí)將其中的水排放干凈。（2）工作人員應(yīng)該及時(shí)對(duì)鋁合金的熔煉時(shí)間以及熔煉溫度進(jìn)行控制，保證各項(xiàng)工作可以在較短時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)需要注意的是除氣工作前，應(yīng)該及時(shí)將鋁液中存在的氧化物雜物去除干凈，保證鋁液的整潔性。（3）工作人員可以采用四錄化碳對(duì)氣體進(jìn)行排放，并且對(duì)此種方式進(jìn)行多次利用，還可以及時(shí)去除雜質(zhì)。（4）在變質(zhì)工作開(kāi)展以前，工作人員應(yīng)該及時(shí)將變質(zhì)劑進(jìn)行干燥處理，就可以同時(shí)達(dá)到除氣除雜的目的。（5）在澆筑工作中，工作人員應(yīng)該及時(shí)在銷孔處噴涂涂料層，主要工作原理是通過(guò)對(duì)涂料層的利用，讓涂料層吸收鑄件凝固中所出現(xiàn)的氣體。

5 總結(jié)

綜上所述，鋁活塞對(duì)于我國(guó)制造行業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。銷孔位置的針狀氣孔是較為常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)鋁活塞的質(zhì)量具有直接影響，在鋁活塞制造只有從實(shí)際情況出發(fā)，針對(duì)不同情況采取不同措施，才能更好的對(duì)針狀氣孔進(jìn)行有效處理，提高鋁活塞質(zhì)量。

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