材料成型论文----机械系

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1、法拉利等高级跑车发动机的选材及成型技术发动机类铸件的生产属大批量、专业化流水生产性质，一般年生产纲领，少则上万件，多则几千万件。产品结构复杂，铸造难度大，相应生产工序多、工艺装备的要求也高，如发动机缸体、缸盖等铸件，既有复杂的内腔和外形结构，又要求薄壁及高度精确的毛坯尺寸。而影响发动机性能的关键因素又取决于结构的设计，材料的选择和制造技术。其中材料的选取又是重中之重。材料的型号繁多、品种各异，每一种材料都有其不同的具体化学成分和各种性能，而且材料的结构、性能还随制备方式与处理工艺而变。到目前为止，在材质的选择上，车用发动机缸体缸盖的材质主要有灰

2、铸铁，铝合金，蠕墨铸铁等。随着发动机朝着大功率、环保方向的发展，灰铸铁的牌号越来越高，现在运用普遍的是HT250，而HT300也已应用于缸体、缸盖的生产，个别产品性能要求达到HT350。1发动机的基本构造发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机见下图1．1所示。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统：曲柄连秆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统、起动系统[1]。2发动机关键零部件材

3、料概述2.1铝合金活塞铝合金的一个优点是密度小，约为铸铁的1／3，在同样强度的情况下，它比钢铁材料轻许多可大大减少活塞的质量及往复运动的惯性力，对缸壁的侧压力和冲击力也较小。从而减小活塞组与缸壁以及活塞销的摩擦力，并降低它们的磨损力量。铝合金的另外一个优点是导热性好，工作时，活塞表面温度比铸铁的低，而且活塞顶部的积炭也较少。迄今曾经使用过的活塞材料大致四类：A1．Cu-Ni—Mg系、A1一cu．si系、共晶型A1一si—Cu．Mg系及过共晶型一si—Cu．Mg前两类由于存在线膨胀系数大、比重大、体积不稳定的缺点早已被淘汰[3]。目前国内使用的铝

4、活塞材料主要是共晶型铝硅合金，ZLl08(ZAISil2Cu2Mg)、ZLl09(ZAlSil2CulMgiNil)。随着发动机性能的不断提高，共晶型铝硅合金已越来越难以达到使用性能要求，在汽油机和天然气发动机中，过共晶铝硅合金的使用越来越多。过共晶型铝硅合金含硅量高达17％～26％，合金比重减小，线膨胀系数降低，抗磨性及体积稳定性相应提高，是较理想的活塞材料[1]。2.2连杆材料连杆是发动机的重要零件，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。其好坏与优劣直接影响发动机的整体性能。在工作过程中，连杆受力较复杂：一方面承受气体的压力和往复运

5、动的惯性力所产生的冲击性拉压交变载荷；同时连杆摆动产生横向惯性力，导致其承受弯曲交变载荷。因其较长，所以要求连杆有足够的强度和刚度。钛合金连杆：钛是一种重量很轻，强度很大的材料，而且价格非常昂贵，一般只在航空领域采用。作为航空及军工材料钛及其合金的优良性能无可争辩。航天器和潜艇表层涂上钛后，其抗压、耐热及综合机械性能显著提高。由于其密度约为钢材1／2，应用在汽车上，在保证性能的同时，轻量化效果十分明显。如材料为a+8型钛合金：Ti6A1·4V。其较好的塑性可进行冷、热加工。经淬火、时效处理后，强度较好。而质量则下降了15％～20％[1]。2.3

6、曲轴材料曲轴是汽车发动机的关键部件之一，其性能好坏、直接影响到汽车的质量和寿命。曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率，承受着强大的、方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时问高速运转的磨损，因此耍求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。新型铝合金复合材料：90年代以来国外广泛采用高强度铝合金来代替传统材料，以实现轻量化。其曲轴采用压力铸造纤维和颗粒增强铝合金复合材料。2.4机体材料机体是发动机中单件质量最大的零件，一般都超过发动机质量的1／4，甚至接近1／3[1]。减轻它的质量是发动机轻量化的重要途径。铝合金是汽车上应用最快和最广的

7、轻金属，因为铝合金本身的性能已经达到质量轻、强度高、耐腐蚀的要求。铝合金通过强化合金元素其强度大大提高，由于质轻、散热性好等特性，完全满足了发动机活塞、气缸体、气缸盖在恶劣环境下工作的要求。铝合金气缸体、气缸盖压铸成型技术可以提高净化、精炼、细化、变质等材质质量控制，使得铝铸件质量达到一致性和稳定性。由于铝合金密度低，强度性能与灰铸铁相近，韧性却高于灰铸铁，且有良好的铸造性能。铝合金的发动机缸体己经成为汽车轻量化的首选。这是因为铝合金缸体质量轻，导热性良好，冷却液的容量可减少。启动后，缸体很快达到工作温度，并且和铝活塞热膨胀系数完全一样，受热后

8、间隙变化小，可减少冲击噪声和机油消耗。和铝缸盖热膨胀相同，工作可减少冷热冲击所产生的热应力。由于目前轿车大多采用发动机前置驱动，使用铝合金缸体缸盖减轻