Cosworth鑄造技術(shù)研究發(fā)展

Cosworth由英國(guó)伯明翰大學(xué)John.Campbell教授于1978年發(fā)明，由于其在英國(guó)Cosworth鑄造廠(chǎng)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(lèi)似，但不同之處在于：①材料選擇上，砂芯采用錯(cuò)砂替代傳統(tǒng)的石英砂，膨脹率小而恒定，避免石英砂在573℃因相變帶來(lái)的體積膨脹；同時(shí)錯(cuò)砂型產(chǎn)生的凝固速率類(lèi)似于金屬模，對(duì)鋁合金的晶粒細(xì)化有利；②砂型制作方法上，與冷芯盒組芯工藝結(jié)合起來(lái)制作砂型，在滿(mǎn)足靈活性要求的同時(shí)，進(jìn)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(dòng)力，從而用電腦控制澆注過(guò)程(本質(zhì)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(chǎn)量很大，也可以將熔化和保溫功能分開(kāi)，但為了減少鋁液從熔煉爐向保溫爐輸送時(shí)產(chǎn)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(hù)裝置。
采用這種方法能夠金屬液的質(zhì)量，減少金屬液轉(zhuǎn)移與充型過(guò)程中因產(chǎn)生紊流出現(xiàn)吸氣、氧化物的可能性(氧化物與金屬液凝固組織不潤(rùn)濕，被認(rèn)為是裂紋萌生的核心)。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)福特汽車(chē)公司引進(jìn)Cosworth法，并將“翻轉(zhuǎn)鑄造”模式引入其中；在金屬液充型平穩(wěn)的前提下，將澆口從鑄型的底部改到了鑄型的側(cè)面。工藝過(guò)程為：①利用電磁泵從鑄型的側(cè)底面注入鋁液，直到型腔被充滿(mǎn)；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(zhuǎn)鑄型；③鑄型翻轉(zhuǎn)后，電磁泵開(kāi)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(qū)冷卻。
改良后的Cosworth法結(jié)合了底注式充型流動(dòng)平穩(wěn)與頂注式易建立合理溫度梯度便于補(bǔ)縮的優(yōu)點(diǎn)；此外通過(guò)翻轉(zhuǎn)“澆注系統(tǒng)”變?yōu)?ldquo;冒口”，同時(shí)又提高了工藝出品率。但是Cosworth具有以下不足：①錯(cuò)砂的導(dǎo)熱性，金屬液在流動(dòng)過(guò)程中降溫嚴(yán)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(chǎn)線(xiàn)及相關(guān)的鑄造設(shè)備，前期投資巨大。
Cosworth工藝主要用于生產(chǎn)、輕質(zhì)鑄件，特別適合如氣缸蓋這類(lèi)有致密性要求的復(fù)雜汽車(chē)鋁鑄件。Cosworth法最初應(yīng)用于鑄造方程式賽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋及航空鑄件的小批量生產(chǎn)；在20世紀(jì)80年代初，福特公司引進(jìn)了翻轉(zhuǎn)鑄造，使其大批量生產(chǎn)應(yīng)用。福特公司采用四工位轉(zhuǎn)盤(pán)式澆注機(jī)(配一臺(tái)電磁泵)，每小時(shí)可澆注多達(dá)100型。
Cosworth技術(shù)已成為發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的主流生產(chǎn)技術(shù)，福特、通用、大眾、馬自達(dá)、雪鐵龍等汽車(chē)公司都成功地運(yùn)用該工藝；而國(guó)內(nèi)對(duì)使用此工藝的報(bào)道案例很少。