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汽车发动机缸体铸造技术分析研究
2018-12-29  来源:重庆能源职业学院  作者:刘海红,周欢
      

 

 
     摘 要:发动机作为汽车的动力之源,发动机质量与性能的好坏直接会影响汽车整体质量以及性能。而发动机方面铸造缸体相关技术是决定发动机质量是否达标的关键。文章阐述对国内外汽车发动机方面缸体铸造这一技术现状的基础上,展开对缸体相关技术的分析。
  
     关键词:发动机;铸造技术;缸体
  
     发动机整个缸体是核心成分。缸体铸造方面技术直接关系发动机品质以及性能,一般来说,缸体常选择铸铁与铝合金作为材质,但当前汽车制造中常使用的是铝合金作为材料。因为合金种类和结构多具有差异,所以铸造时采用的组织形式以及工艺装备差异较大,并且在生产期间的难点以及技术点都不相同。而且,缸体是一个多芯、壁薄以及复杂的铸件,这对铸造技术提出了很高要求。如今,国内在进行缸体铸造期间,常产生大量报废的铸件,所以,对铸造缸体相关技术进行研究非常重要。
  
     1 、发动机缸体铸造技术现状
  
     对于发动机进行铸造是一项专业化的生产,生产出来的产品普遍结构复杂,制造起来难度也非常大,再加上生产期间有诸多工序,这些需要有较高的工艺设备。特别是发动机的缸体以及缸盖,尺寸要精准之外,还要满足内外结构的复杂性。一定程度上来说,铸造缸体的水平可以直接反映出一个国家在机械方面的水平以及质量。

     (1)国内现状
 
    虽然国内汽车领域之中铸造出来的缸体与国外还有一定差距,但是也取得了一定进展,在产品种类方面基本可以满足行业需求,这使相关铸件对外出口总量也有所增长。当前,国内通常都对选择 HT250 作为缸体材料,在制造期间,相关企业一直都将高碳以及低合金作为铸造原则,这使缸体在力学以及防渗漏方面具有较好的性质。

    同时为了可以得到质量过高的体液,相关企业一般都会将感应电炉开展双联熔炼这一技术。在型芯制造方面,国内企业通常都会使用冷芯盒进行型芯制造。其具有高强度、低膨胀以及溃散性较高的优点。

     在清理方面,因为缸体内部比较复杂,若进行常规处理,必然达不到预期清洁效果。因此,为了进行更好的清洁,通常都会运用机械手进行处理。如今计算机、PC 机等控制技术都投入到了缸体铸造之中,这推动国内缸体铸造方面技术发展。
  
    (2)国外现状
 
     国外在进行缸体铸造期间,常将灰铸铁以及铝合金作为铸造材料。但是随着环保理念在各国的深入以及对发动机功率的需求,灰铸铁在各国的使用率不断提升。国外通常都会将 HT250 作为缸体材料,而 HT300 则普遍当作缸盖铸造的材料。

     在缸体造型方面,一般都会使用静压和气冲两种造型线。在熔炼铸铁方面,一般都会对炉温度方面要求较高,这样可以使力学性能更加稳定,金相组织性能更加良好。在缸体使用的铸芯方面,通常都会使用壳芯以及冷芯盒,其中含有曲轴箱、端面芯等。
  
     2 、缸体铸造相关技术分析

    现阶段,我国在汽车领域的发展也是十分迅猛,其中国产化发展节奏逐渐加快,人们对汽车的需求也逐渐加大。据有关数据显示,我国汽车约有 8000 多万辆,这充分说明国内缸体市场拥有广阔的提升空间。在这期间,国内企业一定要借鉴国外在缸体铸造方面的经验,并且在此基础上进行不断创新,不断进行新型铸造技术方面的研发。
  
    (1)选择适合材料进行缸体铸造
 
    我国汽车制造期间的缸体选材一般都是铸铁、蠕铁以及铝合金,如今多数车辆都将灰铁作为缸体材质,HT250 就是其材料牌号。例如,康明斯 B 型车系之中,缸体顶层面的硬度可达(197±7)HB,其中 A 型石墨含量超过了 80%,而 B 型石墨含量低于 10%,使用的石墨一般都是 4~6 的等级长度,基体是细片状的珠光体。这样一来,可以将铸铁的成分进行严格控制。
  
    在熔炼期间,可以将硫元素含量调整为 0.05%,将锰元素调整到 0.5%~0.7%,然后通过孕育获得含量为 95%的型号为 A 的石墨,并将硅元素的含量控制在 0.6%左右。如果缸体的碳含量过低,收缩性就会变大,很容易出现渗漏现象,而当碳含量过高时,缸体自身的力学性能就会变差,相应的硬度就会变低。所以,缸体铸件之中的碳元素含量在 3.05%~3.50%之间正为合适。
  
    而且,在缸体铸造期间加入适量的合金,可以提升缸体的硬度以及强度,其中合金最佳含量为 0.3%左右。而锡元素可以对碳化物生成产生阻碍作用,对于珠光体生成十分有利。但是珠光体过多很容易造成缸体脆化,所以,锡元素最佳含量为 0.1%左右。此外,在对缸体铸造期间,必须要将浇住时间以及温度控制好,这样才可以铸造出最佳缸体。
  
    当前浇住温度一般在 1380~1440℃之间,而浇住时间通常为 16s 左右。

    (2)对造型工艺进行合理改进
   
    虽然现存的每种造型技术都可以将缸体铸造出来,但是随着对于缸体技术要求的不断提升,当前国内外普遍将高压造型用于缸体铸造当中。高压造型自身具有许多优点,例如,压力为 1MPa 时,缸体表面的硬度可以达到 80HB 以上。此外,还必须提升型砂的性能。由于混碾常会影响型砂的性能,如果型砂具有的性能不达标,会直接将产品质量拉低,甚至会造成产品的报废。
  
     在进行材料选取时,对于型砂性能进行测试非常重要。现今,有许多缸体铸造厂都会将一些耐热涂料喷在型砂的表面,还有许多铸造厂会选取面砂。铸造厂会对型砂表层添加多道工序,有效的将型砂表层的缺点减少。
  
     此外,对于砂斗也需要进行相应的改进,在型砂具有稳定性能的前提下,造型与混制间的距离缩减,可以保证每次操作结束后,砂斗中不会剩余型砂,进而提升缸体性能。

     (3)提升缸体铸造精度
 
      ①可以适当基准
 
      在进行缸体铸造和加工期间,都需要适当的工艺方面基准面。由于缸体表层拥有众多尺寸,而在生产期间每个尺寸都会存在一定偏差,这就使实物尺寸链与预期差距较大,这种误差从设计层面来说不能被接受的。所以,在设计与铸造期间,对外模尺寸以及下芯位置必须进行严格控制。

      ②一定要对收缩率进行正确选择
 
     由于缸体之中铁液成分会对缸体整体铸造产生影响,对收缩率进行正确选择十分重要。对于高压造型而言,高度方向可以选择 1%,长度方向可以选择 0.8%。
  
     ③将工装制造方面的精度提升上来
 
     以往在进行缸体铸造时,一般都采用手工加工以及普通机床加工,而现在则都会运用数控形式的銧床来进行铸造,这样可以将精度替身到 0.03mm。

      ④就是进行适当的水套

       芯选择,适当的水套芯可以确保缸筒厚度均匀,进而提升缸体铸造精度。

      (4)对型芯进行精确制作
 
       冷、热芯盒相关工艺都是将树脂砂作为材料制造而成的。铸造工厂为了将砂芯的棱角制造的更加清晰,必须要保证砂芯具有的紧实性,这样可以使得芯盒表面气体的排除速度比进入速度大。同时,技术人员还要时常清洁芯盒表面,特别是对毛刺的清理,以此来保证芯盒表面不会出现结疤或者粗糙现象,进而避免影响型芯的质量。对于水套芯来说,可以在其内部通过钻孔来提升其通气性。此外,还要正确运用覆膜砂。这样既可以节省涂料,同时还可以节约资源。
  
       3、 结语
  
       综上可知,作为发动机之中核心成分,铸造缸体相关技术会直接决定最终铸造出来成品的质量。因此,相关企业以及人员必须要对铸造技术进行不断创新。如今,国内外在缸体铸造方面都有着较为先进技术,但仍需进行不断创新。因此,在进行铸造期间,必须要选择适合的材料,对造型工艺进行合理改进,提升缸体铸造精度,并且对型芯进行精确制作,以此来提升对于缸体的整体铸造技术。
  

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