汽车发动机缸体缸盖消失模铸造技术的研究与应用.doc

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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（一）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BMW公司、意大利的法塔铝FATA消失模铸造公司和法国的雪铁龙汽车公司均采用了消失模铸造工艺来生产铝合金发动机缸盖以改善发动机乃至整车的综合性能并取得了显著的效果。汽车时代的进步对原材料、能源的节约和环境保

2、护提出了更高的规范，使得发动机的比功率（KW/排量•升）越来越大，导致发动机缸体缸盖的工作温度普遍提高，两零部件的许多局部区域工作温度已经超过了200℃，此时一方面铝合金的机械强度会下降很快，显得不堪重负；另一方面发动机的机油正常工作温度为105℃，如此的高温使机油的润滑和导热作用变弱，而铸铁材料件在此温度下仍然能正常工作并表现出优异的工作性能。  目前解决铝合金在高温及常温下机械强度不够的措施是在缸体缸盖连接螺栓处和缸体与轴承盖连接螺栓处进行镶铸灰铸铁加固螺纹件或灰铸铁连接板。这样做一方面增加了铸造的技术难度、增加了零部件的重量，使得制造成本上升；另一方面由于铝合金与灰铸铁的膨胀系

3、数有差别，在发动机正常工作情形下容易产生疲劳裂纹和镶铸件的松动缺陷。纵观铸造产品成型的全过程，即从矿石冶炼到铸件成品，铝合金的耗能要比铸铁高。而铸铁产品的防振能力、自润滑能力和高温机械性能远大于铝合金，因此可以预见普通灰口铸铁、高牌号孕育铸铁、合金铸铁、蠕墨铸铁和球铁材质的汽车零部件将愈来愈多地受到人们的重视。尤其是蠕墨铸铁件，作为一种发动机新材料，蠕墨铸铁与普通灰口铸铁相比，抗拉强度提高了约75％，弹性模量增加近40％，疲劳强度几乎是灰口铸铁的2倍，用蠕墨铸铁取代灰口铸铁生产的发动机缸体至少可减轻重量10％，同时大大降低了疲劳变形和柴油机的污染物排放量。国外已在大功率柴油机发动机件

4、上普遍采用蠕墨铸铁材料。它具备接近球墨铸铁的强度，有类似普通灰铸铁的防振、导热能力及铸造性能，而又较普通灰铸铁有更好的塑性和耐疲劳性能。总之，只有铸铁件的力学性能与高温性能才能满足汽车乃至发动机的未来发展之要求。  消失模铸造的基本原理是采用与所需铸件形状完全相同的泡沫塑料模添加合金缩水率后代替铸模进行造型，泡沫模样不取出呈实体铸型，浇入金属液使其汽化形成铸件。与传统的砂型铸造相比，消失模铸造取消了混砂、制芯工序，省去了传统造型工序中分箱、起模、修型、组芯与下芯、合箱等操作，大大简化了落砂、铸件清理及砂处理工序，因而缩短了生产周期；同时一方面由于负压下铸型刚度大，铸铁件易于实现自补缩

5、，从而减小铸件所需的冒口尺寸，另一方面由于泡沫模型簇的组装自由度大，易于实现一型多件浇铸成型，提高了工艺出品率；消失模铸件机械加工余量小（2.5∽3.5mm），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），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

6、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HT250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

7、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