汽车动力系统铸件的浸渗技术

大洪

汽车动力系统铸件的浸渗技术



在汽车动力系统铸件和粉末冶金件中，微孔的存在将导致渗漏，影响汽车的动力性能，本文介绍的浸渗技术对各类承压铸件可起到致密化和无渗漏的作用，对提高企业经济效益起着重要的作用。 铸件的微孔与浸渗 微孔的产生和影响 气孔是出现在材料中的一种现象，特别是金属零件在铸造过程中常出现：由液态向固态变化过程中时体积变化而产生的收缩气孔；不充分的压力状态导致表面或内部产生的液流孔；由模具中出现的各种各样气体截留而造成的气孔等。其中一些难以被肉眼发现的微细孔隙或缺陷若被气体或者液体渗透，会造成铸件壁渗漏或表面缺陷，使零件在使用过程中丧失应有的功能，影响产品的性能；机加工时会产生噪音，加速刀具的磨损；缩短铸件使用寿命。另外，废品率的提高又影响了成本节约。微孔现象也普遍存在于粉末冶金制造过程中。 铸件浸渗 铸件浸渗，就是将稳定且柔韧的密封材料填充铸件所有的微孔及互联气隙（浸渗可以覆盖万分之一mm至0.5mm大小的微孔），使被浸渗后的部分对热、油、化学物品或其它外部影响（如振动）有抵抗力，获得高质量的表面处理。浸渗过程不会导致已经过表面处理及其它加工工序部件的外形尺寸的改变，或对其有任何的污染，并可缩短生产时间，提高产品质量，减少浪费，是针对微孔的一种永久性解决且节约成本的最佳方案。目前，浸渗技术已被广泛应用，成为汽车零件铸造过程中不可或缺的工艺流程。 汽车动力系统的典型浸渗铸件如发动机缸体、缸盖、曲轴箱、进气歧管、油泵、油嘴、水泵、阀盖、变速箱壳体、压缩机等。浸渗处理能够覆盖直径在万分之一毫米至0.5毫米的范围的微孔，处理后的铸件承压能力能够达到铸件的破裂强度。 浸渗技术 浸渗技术主要包括三大要素：密封剂、设备、工艺流程。 密封剂 浸渗密封剂的性能直接影响浸渗的效果。传统的浸渗密封剂，如硅酸钠（又称水玻璃）价格便宜，但性能不好――温度变化时，容易脆裂，且因粘度高，附着在部件表面，浪费严重，另外，生产周期过长；聚酯，有较好的密封效果和良好的耐化学腐蚀性，但含有毒素及有害溶剂，不易生产。这两种密封剂已逐渐被更有效、使用环境更友好的高质量密封剂所取代。英国Ultraseal国际公司提供完整的浸渗技术已经有30多年的经验，包括高质量的密封剂、现代化的浸渗设备以及独特且专业的浸渗服务。其率先开发出商用甲基丙烯酸盐密封剂，1970年又推出质量更高的PC504/66密封剂，1987年开发出可再循环密封剂Ultraseal MX2。Ultraseal开发的Sinterseal 100特别适用于粉末冶金件。 甲基丙烯酸盐PC504/66密封剂在加热条件下进行固化，在聚合时以其低收缩率提供突出的微孔填充能力，与此同时，其低粘度帮助密封剂快速而深入地渗透到微孔内部。固化后的密封剂在-50℃至200℃的范围内都能正常发挥效能。经过不断改进，PC504/66密封剂已成为优质、高效、稳定、环保的浸渗密封剂，并通过美国军事标准MIL-I-17563C级别1至3级认证，是航空航天、汽车发动机浸渗处理的首选密封剂。 设备 真空浸渗所需的基本设备主要有：真空浸渗缸、回收浸渗剂缸、冷水清洗缸、热水固化缸等。 真空浸渗工艺流程 零件的浸渗方法有很多种，其中真空浸渗是汽车动力系统铸件最常用的一种浸渗工艺方法，主要流程有：微孔预处理、注入密封剂、清除过剩密封剂、固化密封剂四个步骤（见图2）。 微孔预处理：清洗待浸渗工件，然后真空干燥； 注入密封剂：在盛有预处理后工件的罐中注入密封剂，密封剂通过10Mbar真空渗入工件微孔； 清除过剩密封剂：排空后用冷水清洗过剩的密封剂； 固化密封剂：将工件浸入90℃至95℃的热水中，10分钟后微孔中的密封剂固化。 根据客户的要求，浸渗可在铸件机械加工之前或之后完成，粉末冶金件应在烧结之后其他加工之前进行。对精度和气密性要求较高的动力系铸件，美国丰田、本田及韩国大宇等汽车制造厂商要求在机加工之前全都进行浸渗处理，这样可以改善铸件机械加工性能，延长刀具寿命，确保产品质量。 代化的浸渗处理工艺 传统浸渗处理的缺点是：工艺流程周期长，使生产延迟，并产生大量的在制品；使用大负荷的静态容器，筐式包装，劳动密集型，并污染零部件；会产生大量废水，须安排在位置偏远处进行。现代化的浸渗处理工艺的设计焦点是：更快并一致性的生产周期；采用生产整合系统；改进零部件预处理工艺；不污染零部件；减少废液；能识别生产率的提高。因此，目前的浸渗设备已经采用自动化操作，包括整个浸渗过程也是自动化控制。Ultraseal公司采用旋转预处理方式，其特点是：缩短周期（Ultraseal公司的真空浸渗系统每小时可完成3至5批零件的处理）、更有效的排水、采用过滤的解决方案、固化周期中传热效果更好，从而优化了浸渗流程，提高生产效率，实现精益生产（最少的在制品），零部件预处理良好，在工厂使用时无污染。 浸渗成本分析 对铸造后的气缸体毛坯件，最普遍的方法是：在机加工前进行风化处理；风化处理后的气缸体必须进行质量方面的渗漏检验；如有明显渗漏，则气缸报废；如细微渗漏可以采用浸渗处理。每个气缸的浸渗成本大约为6至8美元。以一个重约20至30公斤的V6铝制气缸体为例，若作浸渗处理，其成本效益分析如下(见表一)。 显然，经过浸渗处理后的气缸体质量得到提升，并降低了成本，提高生产率，因此浸渗技术是铸件微孔问题的彻底解决方案。