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Cosworth鑄造技術研究發展
Cosworth由英國伯明翰大學John.Campbell教授于1978年發明,由于其在英國Cosworth鑄造廠推廣,因此將其命名為Cosworth法。它是一種在可控氣氛、可控壓力下使金屬液自下而上充型的鑄造工藝。這種方法與低壓鑄造類似,但不同之處在于:①材料選擇上,砂芯采用錯砂替代傳統的石英砂,膨脹率小而恒定,避免石英砂在573℃因相變帶來的體積膨脹;同時錯砂型產生的凝固速率類似于金屬模,對鋁合金的晶粒細化有利;②砂型制作方法上,與冷芯盒組芯工藝結合起來制作砂型,在滿足靈活性要求的同時,進一步提高了鑄型精度;③使用電磁泵代替氣壓為金屬液充型提供動力,從而用電腦控制澆注過程(本質上也屬于低壓底注式);Cosworth法使用的爐子是一種具有熔化、保溫以及均勻化成分功能的爐子;如果產量很大,也可以將熔化和保溫功能分開,但為了減少鋁液從熔煉爐向保溫爐輸送時產生的紊流,從而減少氧化物夾渣,需要在保溫爐上方配備氣體保護裝置。
采用這種方法能夠金屬液的質量,減少金屬液轉移與充型過程中因產生紊流出現吸氣、氧化物的可能性(氧化物與金屬液凝固組織不潤濕,被認為是裂紋萌生的核心)。20世紀80年代初,美國福特汽車公司引進Cosworth法,并將“翻轉鑄造”模式引入其中;在金屬液充型平穩的前提下,將澆口從鑄型的底部改到了鑄型的側面。工藝過程為:①利用電磁泵從鑄型的側底面注入鋁液,直到型腔被充滿;②保持電磁泵充型力不變,以澆注管出口軸心為中心,1800翻轉鑄型;③鑄型翻轉后,電磁泵開始降低壓力,使處于鑄型橫澆道中的鋁液返回到澆注管中。而盛有金屬液的鑄型被拿走,在冷卻區冷卻。
改良后的Cosworth法結合了底注式充型流動平穩與頂注式易建立合理溫度梯度便于補縮的優點;此外通過翻轉“澆注系統”變為“冒口”,同時又提高了工藝出品率。但是Cosworth具有以下不足:①錯砂的導熱性,金屬液在流動過程中降溫嚴重,因此難以澆注出壁厚小于4mm的鑄件。②需要配套的砂型生產線及相關的鑄造設備,前期投資巨大。
Cosworth工藝主要用于生產、輕質鑄件,特別適合如氣缸蓋這類有致密性要求的復雜汽車鋁鑄件。Cosworth法最初應用于鑄造方程式賽車用發動機缸體缸蓋及航空鑄件的小批量生產;在20世紀80年代初,福特公司引進了翻轉鑄造,使其大批量生產應用。福特公司采用四工位轉盤式澆注機(配一臺電磁泵),每小時可澆注多達100型。
Cosworth技術已成為發動機缸蓋的主流生產技術,福特、通用、大眾、馬自達、雪鐵龍等汽車公司都成功地運用該工藝;而國內對使用此工藝的報道案例很少。