汽車發動機缸體鑄造技術分析研究
2018-12-29 來源：重慶能源職業學院 作者：劉海紅，周歡
摘 要：發動機作為汽車的動力之源，發動機質量與性能的好壞直接會影響汽車整體質量以及性能。而發動機方面鑄造缸體相關技術是決定發動機質量是否達標的關鍵。文章闡述對國內外汽車發動機方面缸體鑄造這一技術現狀的基礎上，展開對缸體相關技術的分析。
關鍵詞：發動機；鑄造技術；缸體
發動機整個缸體是核心成分。缸體鑄造方面技術直接關系發動機品質以及性能，一般來說，缸體常選擇鑄鐵與鋁合金作為材質，但當前汽車制造中常使用的是鋁合金作為材料。因為合金種類和結構多具有差異，所以鑄造時采用的組織形式以及工藝裝備差異較大，并且在生產期間的難點以及技術點都不相同。而且，缸體是一個多芯、壁薄以及復雜的鑄件，這對鑄造技術提出了很高要求。如今，國內在進行缸體鑄造期間，常產生大量報廢的鑄件，所以，對鑄造缸體相關技術進行研究非常重要。
1 、發動機缸體鑄造技術現狀
對于發動機進行鑄造是一項專業化的生產，生產出來的產品普遍結構復雜，制造起來難度也非常大，再加上生產期間有諸多工序，這些需要有較高的工藝設備。特別是發動機的缸體以及缸蓋，尺寸要精準之外，還要滿足內外結構的復雜性。一定程度上來說，鑄造缸體的水平可以直接反映出一個國家在機械方面的水平以及質量。
（1）國內現狀
雖然國內汽車領域之中鑄造出來的缸體與國外還有一定差距，但是也取得了一定進展，在產品種類方面基本可以滿足行業需求，這使相關鑄件對外出口總量也有所增長。當前，國內通常都對選擇 HT250 作為缸體材料，在制造期間，相關企業一直都將高碳以及低合金作為鑄造原則，這使缸體在力學以及防滲漏方面具有較好的性質。
同時為了可以得到質量過高的體液，相關企業一般都會將感應電爐開展雙聯熔煉這一技術。在型芯制造方面，國內企業通常都會使用冷芯盒進行型芯制造。其具有高強度、低膨脹以及潰散性較高的優點。
在清理方面，因為缸體內部比較復雜，若進行常規處理，必然達不到預期清潔效果。因此，為了進行更好的清潔，通常都會運用機械手進行處理。如今計算機、PC 機等控制技術都投入到了缸體鑄造之中，這推動國內缸體鑄造方面技術發展。
（2）國外現狀
國外在進行缸體鑄造期間，常將灰鑄鐵以及鋁合金作為鑄造材料。但是隨著環保理念在各國的深入以及對發動機功率的需求，灰鑄鐵在各國的使用率不斷提升。國外通常都會將 HT250 作為缸體材料，而 HT300 則普遍當作缸蓋鑄造的材料。
在缸體造型方面，一般都會使用靜壓和氣沖兩種造型線。在熔煉鑄鐵方面，一般都會對爐溫度方面要求較高，這樣可以使力學性能更加穩定，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 、缸體鑄造相關技術分析
現階段，我國在汽車領域的發展也是十分迅猛，其中國產化發展節奏逐漸加快，人們對汽車的需求也逐漸加大。據有關數據顯示，我國汽車約有 8000 多萬輛，這充分說明國內缸體市場擁有廣闊的提升空間。在這期間，國內企業一定要借鑒國外在缸體鑄造方面的經驗，并且在此基礎上進行不斷創新，不斷進行新型鑄造技術方面的研發。
（1）選擇適合材料進行缸體鑄造
我國汽車制造期間的缸體選材一般都是鑄鐵、蠕鐵以及鋁合金，如今多數車輛都將灰鐵作為缸體材質，HT250 就是其材料牌號。例如，康明斯 B 型車系之中，缸體頂層面的硬度可達（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 的等級長度，基體是細片狀的珠光體。這樣一來，可以將鑄鐵的成分進行嚴格控制。
在熔煉期間，可以將硫元素含量調整為 0.05%，將錳元素調整到 0.5%~0.7%，然后通過孕育獲得含量為 95%的型號為 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，收縮性就會變大，很容易出現滲漏現象，而當碳含量過高時，缸體自身的力學性能就會變差，相應的硬度就會變低。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度，其中合金最佳含量為 0.3%左右。而錫元素可以對碳化物生成產生阻礙作用，對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，在對缸體鑄造期間，必須要將澆住時間以及溫度控制好，這樣才可以鑄造出最佳缸體。
當前澆住溫度一般在 1380~1440℃之間，而澆住時間通常為 16s 左右。
（2）對造型工藝進行合理改進
雖然現存的每種造型技術都可以將缸體鑄造出來，但是隨著對于缸體技術要求的不斷提升，當前國內外普遍將高壓造型用于缸體鑄造當中。高壓造型自身具有許多優點，例如，壓力為 1MPa 時，缸體表面的硬度可以達到 80HB 以上。此外，還必須提升型砂的性能。由于混碾常會影響型砂的性能，如果型砂具有的性能不達標，會直接將產品質量拉低，甚至會造成產品的報廢。
在進行材料選取時，對于型砂性能進行測試非常重要。現今，有許多缸體鑄造廠都會將一些耐熱涂料噴在型砂的表面，還有許多鑄造廠會選取面砂。鑄造廠會對型砂表層添加多道工序，有效的將型砂表層的缺點減少。
此外，對于砂斗也需要進行相應的改進，在型砂具有穩定性能的前提下，造型與混制間的距離縮減，可以保證每次操作結束后，砂斗中不會剩余型砂，進而提升缸體性能。
（3）提升缸體鑄造精度
①可以適當基準
在進行缸體鑄造和加工期間，都需要適當的工藝方面基準面。由于缸體表層擁有眾多尺寸，而在生產期間每個尺寸都會存在一定偏差，這就使實物尺寸鏈與預期差距較大，這種誤差從設計層面來說不能被接受的。所以，在設計與鑄造期間，對外模尺寸以及下芯位置必須進行嚴格控制。
②一定要對收縮率進行正確選擇
由于缸體之中鐵液成分會對缸體整體鑄造產生影響，對收縮率進行正確選擇十分重要。對于高壓造型而言，高度方向可以選擇 1%，長度方向可以選擇 0.8%。
③將工裝制造方面的精度提升上來
以往在進行缸體鑄造時，一般都采用手工加工以及普通機床加工，而現在則都會運用數控形式的銧床來進行鑄造，這樣可以將精度替身到 0.03mm。
④就是進行適當的水套
芯選擇，適當的水套芯可以確保缸筒厚度均勻，進而提升缸體鑄造精度。
（4）對型芯進行精確制作
冷、熱芯盒相關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性，這樣可以使得芯盒表面氣體的排除速度比進入速度大。同時，技術人員還要時常清潔芯盒表面，特別是對毛刺的清理，以此來保證芯盒表面不會出現結疤或者粗糙現象，進而避免影響型芯的質量。對于水套芯來說，可以在其內部通過鉆孔來提升其通氣性。此外，還要正確運用覆膜砂。這樣既可以節省涂料，同時還可以節約資源。
3、 結語
綜上可知，作為發動機之中核心成分，鑄造缸體相關技術會直接決定最終鑄造出來成品的質量。因此，相關企業以及人員必須要對鑄造技術進行不斷創新。如今，國內外在缸體鑄造方面都有著較為先進技術，但仍需進行不斷創新。因此，在進行鑄造期間，必須要選擇適合的材料，對造型工藝進行合理改進，提升缸體鑄造精度，并且對型芯進行精確制作，以此來提升對于缸體的整體鑄造技術。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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