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汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造技術(shù)分析研究

2018-12-29 來源：重慶能源職業(yè)學(xué)院作者：劉海紅，周歡

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的動(dòng)力之源，發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量與性能的好壞直接會(huì)影響汽車整體質(zhì)量以及性能。而發(fā)動(dòng)機(jī)方面鑄造缸體相關(guān)技術(shù)是決定發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。文章闡述對(duì)國(guó)內(nèi)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)方面缸體鑄造這一技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，展開對(duì)缸體相關(guān)技術(shù)的分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；鑄造技術(shù)；缸體

發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)缸體是核心成分。缸體鑄造方面技術(shù)直接關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)以及性能，一般來說，缸體常選擇鑄鐵與鋁合金作為材質(zhì)，但當(dāng)前汽車制造中常使用的是鋁合金作為材料。因?yàn)楹辖鸱N類和結(jié)構(gòu)多具有差異，所以鑄造時(shí)采用的組織形式以及工藝裝備差異較大，并且在生產(chǎn)期間的難點(diǎn)以及技術(shù)點(diǎn)都不相同。而且，缸體是一個(gè)多芯、壁薄以及復(fù)雜的鑄件，這對(duì)鑄造技術(shù)提出了很高要求。如今，國(guó)內(nèi)在進(jìn)行缸體鑄造期間，常產(chǎn)生大量報(bào)廢的鑄件，所以，對(duì)鑄造缸體相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究非常重要。

1 、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造技術(shù)現(xiàn)狀

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行鑄造是一項(xiàng)專業(yè)化的生產(chǎn)，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品普遍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造起來難度也非常大，再加上生產(chǎn)期間有諸多工序，這些需要有較高的工藝設(shè)備。特別是發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體以及缸蓋，尺寸要精準(zhǔn)之外，還要滿足內(nèi)外結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。一定程度上來說，鑄造缸體的水平可以直接反映出一個(gè)國(guó)家在機(jī)械方面的水平以及質(zhì)量。

（1）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

雖然國(guó)內(nèi)汽車領(lǐng)域之中鑄造出來的缸體與國(guó)外還有一定差距，但是也取得了一定進(jìn)展，在產(chǎn)品種類方面基本可以滿足行業(yè)需求，這使相關(guān)鑄件對(duì)外出口總量也有所增長(zhǎng)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)通常都對(duì)選擇 HT250 作為缸體材料，在制造期間，相關(guān)企業(yè)一直都將高碳以及低合金作為鑄造原則，這使缸體在力學(xué)以及防滲漏方面具有較好的性質(zhì)。

同時(shí)為了可以得到質(zhì)量過高的體液，相關(guān)企業(yè)一般都會(huì)將感應(yīng)電爐開展雙聯(lián)熔煉這一技術(shù)。在型芯制造方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)通常都會(huì)使用冷芯盒進(jìn)行型芯制造。其具有高強(qiáng)度、低膨脹以及潰散性較高的優(yōu)點(diǎn)。

在清理方面，因?yàn)楦左w內(nèi)部比較復(fù)雜，若進(jìn)行常規(guī)處理，必然達(dá)不到預(yù)期清潔效果。因此，為了進(jìn)行更好的清潔，通常都會(huì)運(yùn)用機(jī)械手進(jìn)行處理。如今計(jì)算機(jī)、PC 機(jī)等控制技術(shù)都投入到了缸體鑄造之中，這推動(dòng)國(guó)內(nèi)缸體鑄造方面技術(shù)發(fā)展。

（2）國(guó)外現(xiàn)狀

國(guó)外在進(jìn)行缸體鑄造期間，常將灰鑄鐵以及鋁合金作為鑄造材料。但是隨著環(huán)保理念在各國(guó)的深入以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的需求，灰鑄鐵在各國(guó)的使用率不斷提升。國(guó)外通常都會(huì)將 HT250 作為缸體材料，而 HT300 則普遍當(dāng)作缸蓋鑄造的材料。

在缸體造型方面，一般都會(huì)使用靜壓和氣沖兩種造型線。在熔煉鑄鐵方面，一般都會(huì)對(duì)爐溫度方面要求較高，這樣可以使力學(xué)性能更加穩(wěn)定，金相組織性能更加良好。在缸體使用的鑄芯方面，通常都會(huì)使用殼芯以及冷芯盒，其中含有曲軸箱、端面芯等。

2 、缸體鑄造相關(guān)技術(shù)分析

現(xiàn)階段，我國(guó)在汽車領(lǐng)域的發(fā)展也是十分迅猛，其中國(guó)產(chǎn)化發(fā)展節(jié)奏逐漸加快，人們對(duì)汽車的需求也逐漸加大。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)汽車約有 8000 多萬輛，這充分說明國(guó)內(nèi)缸體市場(chǎng)擁有廣闊的提升空間。在這期間，國(guó)內(nèi)企業(yè)一定要借鑒國(guó)外在缸體鑄造方面的經(jīng)驗(yàn)，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷創(chuàng)新，不斷進(jìn)行新型鑄造技術(shù)方面的研發(fā)。

（1）選擇適合材料進(jìn)行缸體鑄造

我國(guó)汽車制造期間的缸體選材一般都是鑄鐵、蠕鐵以及鋁合金，如今多數(shù)車輛都將灰鐵作為缸體材質(zhì)，HT250 就是其材料牌號(hào)。例如，康明斯 B 型車系之中，缸體頂層面的硬度可達(dá)（197±7）HB，其中 A 型石墨含量超過了 80%，而 B 型石墨含量低于 10%，使用的石墨一般都是 4~6 的等級(jí)長(zhǎng)度，基體是細(xì)片狀的珠光體。這樣一來，可以將鑄鐵的成分進(jìn)行嚴(yán)格控制。

在熔煉期間，可以將硫元素含量調(diào)整為 0.05%，將錳元素調(diào)整到 0.5%~0.7%，然后通過孕育獲得含量為 95%的型號(hào)為 A 的石墨，并將硅元素的含量控制在 0.6%左右。如果缸體的碳含量過低，收縮性就會(huì)變大，很容易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，而當(dāng)碳含量過高時(shí)，缸體自身的力學(xué)性能就會(huì)變差，相應(yīng)的硬度就會(huì)變低。所以，缸體鑄件之中的碳元素含量在 3.05%~3.50%之間正為合適。

而且，在缸體鑄造期間加入適量的合金，可以提升缸體的硬度以及強(qiáng)度，其中合金最佳含量為 0.3%左右。而錫元素可以對(duì)碳化物生成產(chǎn)生阻礙作用，對(duì)于珠光體生成十分有利。但是珠光體過多很容易造成缸體脆化，所以，錫元素最佳含量為 0.1%左右。此外，在對(duì)缸體鑄造期間，必須要將澆住時(shí)間以及溫度控制好，這樣才可以鑄造出最佳缸體。

當(dāng)前澆住溫度一般在 1380~1440℃之間，而澆住時(shí)間通常為 16s 左右。

（2）對(duì)造型工藝進(jìn)行合理改進(jìn)

雖然現(xiàn)存的每種造型技術(shù)都可以將缸體鑄造出來，但是隨著對(duì)于缸體技術(shù)要求的不斷提升，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍將高壓造型用于缸體鑄造當(dāng)中。高壓造型自身具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，壓力為 1MPa 時(shí)，缸體表面的硬度可以達(dá)到 80HB 以上。此外，還必須提升型砂的性能。由于混碾常會(huì)影響型砂的性能，如果型砂具有的性能不達(dá)標(biāo)，會(huì)直接將產(chǎn)品質(zhì)量拉低，甚至?xí)斐僧a(chǎn)品的報(bào)廢。

在進(jìn)行材料選取時(shí)，對(duì)于型砂性能進(jìn)行測(cè)試非常重要?，F(xiàn)今，有許多缸體鑄造廠都會(huì)將一些耐熱涂料噴在型砂的表面，還有許多鑄造廠會(huì)選取面砂。鑄造廠會(huì)對(duì)型砂表層添加多道工序，有效的將型砂表層的缺點(diǎn)減少。

此外，對(duì)于砂斗也需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，在型砂具有穩(wěn)定性能的前提下，造型與混制間的距離縮減，可以保證每次操作結(jié)束后，砂斗中不會(huì)剩余型砂，進(jìn)而提升缸體性能。

（3）提升缸體鑄造精度

①可以適當(dāng)基準(zhǔn)

在進(jìn)行缸體鑄造和加工期間，都需要適當(dāng)?shù)墓に嚪矫婊鶞?zhǔn)面。由于缸體表層擁有眾多尺寸，而在生產(chǎn)期間每個(gè)尺寸都會(huì)存在一定偏差，這就使實(shí)物尺寸鏈與預(yù)期差距較大，這種誤差從設(shè)計(jì)層面來說不能被接受的。所以，在設(shè)計(jì)與鑄造期間，對(duì)外模尺寸以及下芯位置必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。

②一定要對(duì)收縮率進(jìn)行正確選擇

由于缸體之中鐵液成分會(huì)對(duì)缸體整體鑄造產(chǎn)生影響，對(duì)收縮率進(jìn)行正確選擇十分重要。對(duì)于高壓造型而言，高度方向可以選擇 1%，長(zhǎng)度方向可以選擇 0.8%。

③將工裝制造方面的精度提升上來

以往在進(jìn)行缸體鑄造時(shí)，一般都采用手工加工以及普通機(jī)床加工，而現(xiàn)在則都會(huì)運(yùn)用數(shù)控形式的銧床來進(jìn)行鑄造，這樣可以將精度替身到 0.03mm。

④就是進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃?/font>

芯選擇，適當(dāng)?shù)乃仔究梢源_保缸筒厚度均勻，進(jìn)而提升缸體鑄造精度。

（4）對(duì)型芯進(jìn)行精確制作

冷、熱芯盒相關(guān)工藝都是將樹脂砂作為材料制造而成的。鑄造工廠為了將砂芯的棱角制造的更加清晰，必須要保證砂芯具有的緊實(shí)性，這樣可以使得芯盒表面氣體的排除速度比進(jìn)入速度大。同時(shí)，技術(shù)人員還要時(shí)常清潔芯盒表面，特別是對(duì)毛刺的清理，以此來保證芯盒表面不會(huì)出現(xiàn)結(jié)疤或者粗糙現(xiàn)象，進(jìn)而避免影響型芯的質(zhì)量。對(duì)于水套芯來說，可以在其內(nèi)部通過鉆孔來提升其通氣性。此外，還要正確運(yùn)用覆膜砂。這樣既可以節(jié)省涂料，同時(shí)還可以節(jié)約資源。

3、結(jié)語

綜上可知，作為發(fā)動(dòng)機(jī)之中核心成分，鑄造缸體相關(guān)技術(shù)會(huì)直接決定最終鑄造出來成品的質(zhì)量。因此，相關(guān)企業(yè)以及人員必須要對(duì)鑄造技術(shù)進(jìn)行不斷創(chuàng)新。如今，國(guó)內(nèi)外在缸體鑄造方面都有著較為先進(jìn)技術(shù)，但仍需進(jìn)行不斷創(chuàng)新。因此，在進(jìn)行鑄造期間，必須要選擇適合的材料，對(duì)造型工藝進(jìn)行合理改進(jìn)，提升缸體鑄造精度，并且對(duì)型芯進(jìn)行精確制作，以此來提升對(duì)于缸體的整體鑄造技術(shù)。

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