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轎車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金缸體和缸蓋的鑄造技術(shù)

擴(kuò)大鋁合金的應(yīng)用是轎車工業(yè)的主要發(fā)展趨勢，國外汽車材料鋁合金用量以每年!"O的速度遞增。全部轎車缸蓋和更多的缸體已采用鋁合金生產(chǎn)。下面介紹世界若干主要的轎車制造廠所用的生產(chǎn)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋的鑄造技術(shù)。

1、壓力鑄造 壓力鑄造的優(yōu)點(diǎn)是能生產(chǎn)尺寸精度高、表面光潔度好、壁薄的鑄件。因充填型腔的鋁液流速高而引起的紊流將空氣和氧化膜卷進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)中，使鑄件的內(nèi)部致密性差。這個(gè)問題現(xiàn)在從以下途徑來解決：

（1）在壓室和壓型中采用真空；

（2）采用更科學(xué)、更合理的澆注系統(tǒng)；

（3）采用半固態(tài)金屬來代替液態(tài)金屬。

對于缸體生產(chǎn)來講，壓力鑄造的另一局限是由于壓射比壓高（55MPa～120MPa），須采用金屬型芯，只能鑄出開艙結(jié)構(gòu)的缸體（圖1）。與開舵結(jié)構(gòu)相比，閉艙結(jié)構(gòu)的缸體具有更大的剛性，后者即使在發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大時(shí)能降低噪聲和振動(dòng)水平。德國Daimler-Chrysler公司、法國Renault公司等采用壓力鑄造生產(chǎn)鋁缸體。

2、中壓鑄造

日本Honda本田汽車公司及toukei公司分別研究新壓鑄法（圖2）及中壓壓鑄法（圖3）用于生產(chǎn)鋁缸體。 2者皆可采用砂芯從而可生產(chǎn)具有閉舵結(jié)構(gòu)的缸體。

壓力鑄造的壓射比壓高達(dá)55MPa～MPa，而中壓鑄造僅為5MPa～20MPa。

3、低壓鑄造

低壓鑄造是鋁液在很低的壓力（0.3MPa）下，由下而上地充填型腔（圖4）通常采用的是金屬型和砂芯，因此可以獲得閉舵結(jié)構(gòu)的缸體。

這種方法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，因充型時(shí)間僅需5s～15s，保壓時(shí)間則需3min～6min ，整個(gè)生產(chǎn)循環(huán)達(dá)10min～11min。大量生產(chǎn)轎車缸體、缸蓋時(shí)，需要多臺(tái)機(jī)器和多套模具。美國福特公司用此法生產(chǎn)鋁缸蓋。

日本toyo豐田公司采用類似于低壓鑄造的真空吸鑄法（圖6）生產(chǎn)鋁缸體。

4、金屬型鑄造

金屬型鑄造主要用于生產(chǎn)鋁缸蓋及簡單的鋁缸體。 德國Daimler-Chrysler公司有2臺(tái)直徑分別為12m及13m的12工位轉(zhuǎn)盤金型機(jī)，生產(chǎn)鋁缸蓋。毛坯質(zhì)量12kg，澆冒口質(zhì)量6kg，澆注溫度為730℃，澆注時(shí)間為9s,，生產(chǎn)節(jié)拍為30s,。澆注后缸蓋進(jìn)行熱處理。

德國VW公司漢諾威鑄鋁廠采用9臺(tái)6工位轉(zhuǎn)盤金型機(jī)生產(chǎn)鋁缸蓋。

5、Cosworth法

英國Campbll教授發(fā)明的Cosworth法（圖6），采用冷芯盒砂芯組芯造型，但是它使用鋯砂（通常在鑄造生產(chǎn)中使用石英砂）。它利用電磁泵來實(shí)現(xiàn)在可控壓力下使鋁合金液由下而上地充填鑄型。由于鋯砂的熱膨脹率很小而且恒定，因而有利于獲得尺寸精確度高的鑄件。但是，由于鋯砂導(dǎo)熱性極好，比石英砂高出2倍，因而用它所造的砂型難以澆注出壁厚<400m的鋁鑄件。另外，砂芯采用機(jī)械組裝，組裝后砂型如同1個(gè)整體，也有利于確保鑄件尺寸精度。

Cosworth法最初是用于一級方程式賽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋及航空鑄件的小批量生產(chǎn)。80年代中期美國Fotd汽車公司從英國引進(jìn)這一技術(shù)，對其加以改造，使之適用于大批量生產(chǎn)。為此Fotd公司于1988年投資580萬美元興建一中試車間即“鑄鋁研究開發(fā)”車間，安裝有傾轉(zhuǎn)式Cosworth鑄造機(jī)及容量為22.7t的熔化爐，試澆注v-6及v-8轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋。在工藝成熟的基礎(chǔ)上，F(xiàn)ord汽車公司投資近六千萬美元在1992年秋建成安裝有"38臺(tái)冷芯射芯機(jī)、103臺(tái)機(jī)器人以及3臺(tái)傾轉(zhuǎn)式Cosworth轉(zhuǎn)盤鑄造機(jī)的全自動(dòng)鑄鋁廠。該廠已具備年產(chǎn)約89萬件缸體的生產(chǎn)能力。其鑄件廢品率（內(nèi)廢、外廢）僅0.6%，這樣低的廢品率對于大量生產(chǎn)復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件來講，在世界上是罕見的。

Cosworth法（圖7a、b ）的特點(diǎn)是：將鋁液從保溫爐輸送到型腔中時(shí)沒有能形成新的氧化膜的攪動(dòng)；型腔的充填由計(jì)算機(jī)控制，，由于型腔的充填是采用底注的，因此要求電磁泵連續(xù)地向型腔供應(yīng)鋁液直至鑄件完全凝固為止。以代表性的缸蓋鑄件為例，充型和凝固時(shí)間約為4.5min，其中充型時(shí)間僅為10s～12s,。電磁泵的利用率低。

經(jīng)過改進(jìn)的Cosworth傾轉(zhuǎn)法（圖7b）是從鑄型的側(cè)面注入鋁液直至型腔被充滿為止。隨后將整個(gè)鑄型傾轉(zhuǎn)，此時(shí)電磁泵仍在工作，當(dāng)鑄型被傾轉(zhuǎn)180°后電磁泵開始降低壓力以便處于橫澆道中的鋁液返回到電磁泵的澆注管中，鑄件則在具有熱的鋁液的冒口作用下進(jìn)行凝固。這樣1臺(tái)電磁泵配合1臺(tái)傾轉(zhuǎn)鑄型機(jī)每小時(shí)澆注55型。Ford汽車公司采用四工位轉(zhuǎn)盤式澆注機(jī)（配1臺(tái)電磁泵），每小時(shí)生產(chǎn)率達(dá)100型。

6、精確砂型鑄造

常溫下在芯盒內(nèi)通氣快速硬化砂芯的“冷芯盒”制芯技術(shù)的應(yīng)用，使制芯生產(chǎn)率和砂芯尺寸的可預(yù)見性得以提高，精確砂芯組芯造型（即精確砂型）一定程度上取代常用于生產(chǎn)鑄鐵及鑄鋁汽車件的粘土砂型及金屬型。以下簡述幾種具有代表性的使用精確砂型的鑄造方法。

(1)英國Zeus法采用冷芯盒砂芯組芯造型，重力澆注。由于所用的工藝裝備（芯盒）制造得十分精確，可獲得尺寸十分精確的鋁鑄件，該方法可生產(chǎn)壁厚僅2.5min的復(fù)雜鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋。

(2)德國Alucast鑄造廠采用1種獨(dú)特的方法來進(jìn)行冷芯盒砂芯的組裝。先制好的1底盤砂芯滯留在第!套芯盒的下芯盒內(nèi)。該底盤砂芯的下芯盒就作為輸送“夾具”逐次通過生產(chǎn)線上的每1臺(tái)射芯機(jī)，利用芯盒上精確的定位銷、套系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)砂芯裝配（圖8 ）。每臺(tái)射芯機(jī)生產(chǎn)相應(yīng)的1層砂芯，除第!臺(tái)射芯機(jī)外，其余的射芯機(jī)皆將制造的砂芯滯留在上芯盒中，以便進(jìn)行由上而下的組裝。

Alucast 的生產(chǎn)綱領(lǐng)是年產(chǎn)85萬件鋁缸體和缸蓋，其最小壁厚為2.5mm～3mm，鑄出的孔最小直徑為3mm。墨西哥Castech鑄造廠在2002年下半年亦將采用此法為GM汽車公司生產(chǎn)V6鋁缸體。

美國Ford汽車公司于2000年7月建成了年產(chǎn)31萬件鋁缸體的克利長蘭鑄鋁廠（CACP），該廠采用石英砂三乙胺冷芯盒組芯造型及電磁泵低壓鑄造工藝，實(shí)際上是對Cosworth法進(jìn)行了修正。

7、實(shí)型鑄造

實(shí)型鑄造（消失模鑄造）采用遇液體金屬后即氣化的泡沫塑料作模樣，無分型面，不用取模，不用砂芯，采用無水分、無粘結(jié)劑、無附加物的干砂造型，可以生產(chǎn)薄壁、零度拔模斜率的復(fù)雜鑄件，還可直接鑄出螺紋及曲折的通道�？梢詼p少機(jī)械加工工序。

美國GM公司發(fā)動(dòng)機(jī)總成部（GMPT）在將實(shí)型鑄造用于大量生產(chǎn)方面在世界上處于領(lǐng)先地位。

紐約州的馬森納工廠在80年代就用實(shí)型鑄造生產(chǎn)1種4.3LV6汽車柴油機(jī)的鋁缸蓋。在1986年將其用于生產(chǎn)2.2L四缸鋁缸蓋，迄今已生產(chǎn)了500萬件。1986年通用公司在其所屬的土星汽車廠用實(shí)型鑄造生產(chǎn)鋁缸體和缸蓋以及球鐵曲軸和凸輪軸。

90年代末，GM公司鑄造開發(fā)和驗(yàn)證中心（CDVC）開發(fā)用實(shí)型鑄造生產(chǎn)出鋁缸體（質(zhì)量40kg）及缸蓋（質(zhì)量22kg）的技術(shù)。在2001年GM公司薩金諾鑄造廠（CMOO）用此法生產(chǎn)了288000件鋁缸體和288000件鋁缸蓋。預(yù)計(jì)到2002年10月，CMOO可達(dá)到日產(chǎn)2100件鋁缸體和2100件鋁缸蓋的目標(biāo)。

德國BMW汽車公司在幾年前已建立成年產(chǎn)330000件鋁缸蓋的實(shí)型鑄造廠。

8、濕型鑄造

美國GM汽車公司薩基諾金屬鑄造廠數(shù)年前將生產(chǎn)鑄鋁件的高壓造型線改建為生產(chǎn)鋁缸蓋，2001年用粘土砂濕型生產(chǎn)了1925000鋁缸蓋。

丹麥DISA公司一直致力于開發(fā)垂直分型無箱射壓造型機(jī)及低壓澆注來生產(chǎn)鋁鑄件，特別是鋁缸體。這種工藝采用低壓體鋁液從砂型側(cè)面由下而上地充填型腔。在充填完畢后，將砂型底側(cè)的澆口切斷，并將!通氣小管從上向下插入砂型的冒口內(nèi)，引入氣壓體冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。如果這種工藝能成功地用于大量生產(chǎn)鋁缸體，則由于上述造型機(jī)的高生產(chǎn)率（200型／小時(shí)!<300型／小時(shí)），它將帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。

9、結(jié)束語

世界著名汽車廠鋁合金缸體、缸蓋所用的鑄造工藝，見表1。

由于鋁合金澆注溫度低（700℃上下），其鑄件工藝是多樣化的。對于1個(gè)轎車制造廠來講，選擇適宜的鑄造工藝是極為重要的。為此，必須對各種鑄造工藝產(chǎn)品品質(zhì)的綜合影響進(jìn)行深入的調(diào)研和分析，才有可能作出正確的選擇。

收錄時(shí)間:2016年04月29日 22:22:21 來源:第一壓鑄 作者:匿名 上一篇：中國農(nóng)民工收入增速放緩 被拖欠工資問題加重  (電腦版  手機(jī)版)

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