低压铸造模具有铸件尺寸精度较高、充型平稳、易获得优质铸件等优点，己成为生产汽车铝合金铸件的重要工艺。该文分析了铝合金缸盖低压铸造模具及工艺系统设计。希望该文的研究能为相关领域的研究带来新的启示。
　　汽缸盖；铸造模具；设计
　　1.汽缸盖介绍
　　汽缸盖是汽车发动机上的重要部件，其上部有凸轮轴，下部与汽缸体、活塞组成燃烧室。当燃气在燃烧室内爆燃时，室内气体温度瞬间高达1100℃以上。这种高温循环热冲击反复作用于燃烧室内壁。而在汽油发动机燃烧室内产生的压力峰值高达7MPa，这个压力直接作用于气缸盖的燃烧室部位，故汽缸盖在发动机工作过程中的特点是:处于高温状态下工作，承受较大的热冲击作用和产生应力集中，工作条件较为恶劣。从铸件结构工艺性上分析，汽车发动机的铝缸盖是典型的薄壁复杂铸件，铸件峡厚一般为3.0mm-4.5mm(最薄处只有2.0mm左右)，尺寸精度及力学性能要求较高，而且随着汽车发动机向高效率、低油耗方向发展，汽缸盖的结构更加复杂，对铸件的要求更高，因此，铝缸盖的铸造工艺难度更大。
　　2.铝合金缸盖低压铸造模具整体结构设计
　　铝合金缸盖低压铸造模具的整体结构设计包含以下几个步骤：
　　首先根据零件的形状、结构及不同部位的要求，确定浇注位置。对金属型铸造而言，铸件的浇注位置、金属液的凝固顺序、模具浇注系统的设计等诸多因素均会对铸件的最终质量产生很大影响。浇注位置是指浇注和凝固时铸件所处的方向和位置。因为低压铸造时，液体金属在压力作用下自下而上地补缩铸件，所以在设计浇注位置时，铸件远离浇口的部位先凝固，让浇口最后凝固，使铸件在凝固过程中通过浇口得到补缩，实现顺序凝固。故浇口设在铸件的厚壁部位而使薄壁部位远离浇1：3。
　　确定各模块的成形方式。当铸件的浇注位置确定以后，对金属型铸造而言，还须确定各部分的成形方法，也就是说，铸件的外形及内腔是由何种方式成形的。对金属型铸造而言，国内外普遍采用的成形方式一般为金属模、砂芯、活块及冷铁。根据缸盖铸件的结构特点，最后确定燃烧室部分(底座)、进气侧外形、排气侧外形、左端侧、右端侧外形以及上油道部分用金属模成形，所有内腔部分用砂芯成形，在金属型的总体结构设计中，必须同时考虑模具的加工难度、铸造工艺性、铸件的结构和使用要求以及铸造设备的限制等因素。
　　3.浇注系统的设计
　　低压铸造用的浇注系统应使金属液平稳而迅速地充型，并有缓冲和除渣作用以及良好的补缩效果，以保证获得优质的铸件。在很多情况下，由于充型是从最低点开始，金属液很少或者不会产生飞溅现象，因而减少或者消除了在型腔内形成氧化夹渣的可能性，所以无需设计复杂的浇注系统。但是，在研究浇注系统及冒口时，必须综合考虑充填型腔时的水力现象、热物理特性和凝固时得到升液管顶端的充分补缩等问题。对于结构简单的铸件，可以只设置直通式浇口(即中心锥形浇口)；对于复杂铸件，一般还要设置其它浇注系统单元，如横浇道、集渣槽、冒口等。在选择浇口位置时，应该避免浇口直接对着型芯(无论是砂芯还是金属芯)。通常内浇口的位置选在铸型底部或铸件最厚断面处，其断面积的大小可以等于或稍大于金属液引入铸件热节的断面积，而小于升液顶端断面积。浇注系统中各组成单元断面积比一般采用收缩式，即F直>F横>F内。低压铸造的浇口有浇注和补缩的双重作用，自上而下的凝固顺序，补缩通道的畅通是保证铸件压力下结晶的关键，保证不了压力的传递，低压铸造也就失去了优势。而且浇注系统一般采用热损失较小的截面形状，以求浇口内的合金较长时间保持液态，一般升液管出口是圆形截面，故横浇道和内浇口也应尽可能地使用圆形截面，以利于减少浇注系统的热散失，提高补缩效率。
　　冷却系统的设计。在低压铸造中，通常铸件的凝固是自上而下的过程。而合金液的补缩是自下而上的，并通过浇道来实现。因此必须确保铸件得到自上而下的凝固顺序，以获得精密的铸件。故模具温度的控制尤为重要。理想的模温分布是从浇道到上模逐渐降低，模具各部分具体温度控制范围：浇口480~510℃；下模400~500℃；侧模350~400℃；顶模250~300℃。为获得上述温度以及提高缸盖铸件性能和缩短生产周期，必须对顶模实施强制冷却。冷却方式一般有水冷和气冷，采用多路设置，每路单独自动控制流量和压力。水冷却采用压送式水泵，以解决模具内部因高温汽化产生气阻造成水流不畅的难题;气冷则是通以压缩空气。在设计这套缸盖的冷却系统时，根据以上思路，在顶模上设置六支点冷却，采用水冷方式，从而得到所需要的温度梯度，让远离浇口的地方先行凝固。从而实现铸件的从上至下的顺序凝固方式。
　　4.排气系统的设计
　　分型面、导向面(金属型芯、顶杆)的间隙排气。在这些界面上总有间隙，能够排气，但间隙一般很小，约为0.1mm～0.3mm，这样不能保证气体的迅速排出，故在这些界面上制出专用的排气槽。槽宽一般为8mm～15rnm,槽深一般为0.3mm～0.5mm，也可以加工成只角型排气槽。
　　在缸盖铸件的非加表面加刻网状的冷却筋。冷却筋的间距一般为8mm～10mm左右，筋的宽度为1mm，在加工模具型腔时，用R1的小铣刀加工即可。具休的添加位置在缸盖的两侧面、两端面、底面以及上油腔的内侧表面。
　　加设排气塞。一般排气塞应用于两种场合，铝液排气和砂芯排气，而砂芯用的排气塞的间隙一般比用于铝液排气的间隙要大。在金属铸型的各侧面，金属液最后充满的位置，即缸盖上平面，加设铝液排气塞；在进排气道芯头定位处、油道、水道砂芯芯头定位处以及水道砂芯脚部定位处，加设砂芯排气塞，我们采用的是粉末冶金针孔状排气塞，其间隙一般在0.3mm左右，根据其所放置在铸型中的位置选择不同规格的尺寸。
　　利用顶杆孔排气。金属型中常设有顶出机构，用于将铸件从型腔中顶出。模具设计时，在保证不钻铝的情况下，经常有意加大顶杆与顶杆孔之间的间隙，以利排气。缸盖金属型模具中的顶杆与顶杆孔的配合公差理论值与实际值其中的差值就是为排气需要而留的间隙。
　　利用砂芯芯头排气。砂芯在缸盖、缸体等汽车发动机类复杂铸件的铸造中被广泛采用。随之而来的问题就是由于砂芯被金属液包围而被加热到较高温度，使其中用于作为粘接剂的树脂分解，从而产生大量气体。由于砂芯本身砂粒与砂粒之间存在间隙，因而常利用砂芯芯头将其自身产生的气体排出。现在热芯盒制芯普遍采用覆膜砂。覆膜砂发气量一般在12ml/g；一般在缸盖金属型模具的砂芯的芯座处安装排气塞让芯头与外界相通。
 

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