汽车发动机缸体缸盖消失模铸造技术的研究与应用

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1、汽车发动机缸体缸盖消失模铸造技术的研究与应用

2、第1发动机缸体缸盖的制造水平是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一,进而也在很大程度上代表了一个国家汽车工业的发展水平。不断提高发动机功率、降低燃油消耗量和减少尾气排放是汽车工业自身发展的内在需求，也是外部环境的客观要求。铝合金材料的选用使发动机乃至整车的重量得到了有效减轻，促进了汽车工业的发展。像美国的通用汽车GM公司、德国的宝马汽车BMm），壁厚均匀度高，孔径大于Φ7mm的内部型腔都可以直接铸出，铸件重量同比普通砂型铸件减轻8%∽12%；消失模造型干砂中无需粘结剂和添加物（煤粉、膨润土、水

3、），这样一来既节约了大量的原材料又有利于旧砂循环使用，减轻环境污染。消失模铸造技术被誉为“铸造中的绿色工程”。在过去的二十世纪八十年代，美国就已经把运用消失模铸造工艺来生产汽车发动机缸体缸盖，以提高发动机的整体性能来提升其汽车工业的国际竞争力，并取得了成功。安徽全柴集团有限公司于1994年从美国引进了一条完整的消失模铸造生产线和相关的生产技术，包括预发泡机、制模机、胶合机、机械手、干砂造型和负压浇注生产线，经过十余年的消化吸收与艰苦探索，先后自主研究开发了两大系列7个品种的消失模铸造普通灰口铸铁HT150、HT200和高牌号孕育铸铁HT2

4、50柴油机零部件产品：R175A单缸柴油机缸盖、R175A单缸柴油机缸体、N485四缸柴油机排气管、N485四缸柴油机飞轮壳、N485四缸柴油机离合器壳、N485四缸直喷式柴油机缸盖、4105ZLQ增压中冷式四缸柴油机缸体。参见图1所示，本文重点介绍直列四缸二气门下置凸轮柴油机缸体缸盖消失模铸造工艺的关键技术与应用状况。图1全柴消失模泡沫模型及其铸件产品展示1泡沫模型结构工艺设计汽车发动机缸体缸盖消失模泡沫模型的结构复杂系数为一级，在实际生产过程中很难将其一次性发泡成型。我们参照零件的自身结构特点和消失模铸造工艺特点将产品泡沫模型进行分片

5、处理，并对每一个模片进行结构工艺设计以利于发泡成型。每一个产品泡沫模型分片数量的多少及模片结构工艺设计的优劣直接关系到消失模铸造工艺项目的成败和消失模铸造生产效率的高低，这是关系全局的战略问题。1.1发动机缸体泡沫模型结构工艺设计发动机缸体通常由气缸、缸筒冷却水套、缸盖结合面强力螺孔、出砂工艺孔、气门挺杆孔、主油道孔系、机油回路孔、机油泵孔、凸轮轴孔（汽油机多为顶置凸轮，设置在缸盖面上）、曲轴孔、曲轴箱、油底壳法兰、滤清器法兰、飞轮壳法兰、冷却水泵法兰、机油冷却器法兰、各种强化筋条和辐板等组成。目前国内外在柴油机和汽油机发动机缸体的泡沫模

6、型的结构工艺设计上有较大差异，从分片方案到模片的工艺处理均不尽相同。欧美国家在分片方案上多采用自缸盖结合面至油底壳面水平切分（包括“V”型和直列式缸体）的方式，参见图2所示。这种分型方案的优点是有利于实现自动化大批量生产，且胶合线互不干涉，胶合质量有保证;不足之处是胶合线较多且大部分分布在非加工面上，外观的整体美感不及普通砂型铸造件。与之配套的模片工艺处理较大的地方是将曲轴箱沿起模方向进行局部封实和镂空处理，参见图3所示。这种模片工艺处理方案的优点是有利于实现模具结构的简化，进而对模片的发泡成型稳定性和提高制模效率有积极的推动作用;不足之

7、处是尽管在模片的局部厚大处采取了等壁厚镂空处理，以尽量减少由于局部封实而带来的铸件重量增加，但是由于受到起模高度和模片对孤岛状芯模的强大包紧力作用之限制，使得镂空处理的效果难如人意。图2水平分型图3局部封实式曲轴箱结构工艺亚洲一些国家的发动机缸体消失模工艺方案大致可以归结为两种类型：以日本为代表的外形整体制模内部镶嵌缸套式工艺（参见图4所示）。和以中国为代表的水平分型与竖直分型相结合工艺（参见图6所示）。外形整体制模内部镶嵌缸套式工艺分型方案的优点是主体模型的刚性好，外形美观，用胶量小，尺寸精度高，缸套单独制模减小了模片的发泡成型难度。不

8、足之处是缸套模片与外形整体模片胶合时在竖直方向上出现了贴合面，完全依靠机械化操作不能保证胶合质量，必须用人工补胶的手段来配合，这既降低了生产效率又给质量的稳定性带来了隐患。与之配套的模片工艺处理较大的地方是将曲轴箱沿起模方向进行局部封实并从曲轴箱的外壁在局部封实部位作等壁厚镂空内凹处理，参见图7所示。这种模片工艺处理方案的优点是既能最大限度地减轻铸件的重量，又能有效地减小泡沫模片对侧面芯块的包紧力（镂空处理所用的成型芯块可以安装在侧面整体式抽芯模板上），使得泡沫模片成型质量得到提高。与之配套的曲轴箱凸模模具采取了整体式脱模与局部滑块相结合

9、的成型工艺，其优点是增加了泡沫模片成型的灵活性并减少了零件结构堵实面积，不足之处是制模工序变得复杂，既拉长了泡沫模片的制模周期，又使模具的使用寿命变短。图4整体制模与镶嵌缸套工艺图5砂型铸造曲