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汽車鋁合金缸體缸蓋鑄造工藝研究現(xiàn)狀

發(fā)布日期： 2014-05-16 發(fā)布：  

  2013年5期目錄       本期共收錄文章20篇

　　摘 要：對鋁合金零件的使用，減輕汽車的重量是節(jié)能減排的重要措施之一。缸體缸蓋作為汽車中最重要的部件，其結(jié)構(gòu)比較復雜，對于高缸體缸蓋的制造水平的提高是非常重要的研究方向。在本文將就缸體缸蓋主要鑄造方法進行簡單的介紹并對鑄造工藝的未來發(fā)展進行了展望。
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　　關(guān)鍵詞：鋁合金；鑄造工藝；研究現(xiàn)狀
　　一、引言
　　1.鋁合金代替鋼鐵材料的必要性
　　就相關(guān)數(shù)據(jù)表明，耗油量與汽車的質(zhì)量成正相關(guān)，一般情況下，汽車質(zhì)量每降低一個百分點，其耗油量相應(yīng)的降低0.6到一個百分點。為了緩解能源緊張的局勢，以及人們的環(huán)境保護意識的加強，節(jié)能減排是保護環(huán)境最有效的手段之一。而汽車重量的減輕非常好的契合了節(jié)能減排這一目的。對鋁合金零件的使用可以有效的減輕汽車自重。因此鋁合金的應(yīng)用是汽車零部件行業(yè)的未來發(fā)展趨勢。在一輛汽車中，最重要的部件就是發(fā)動機的缸體以及缸蓋，而且也是汽車部件中重量比重占得最大的。因此對鋁合金的應(yīng)用可以有效減少汽車的重量。鋁合金材料幾乎應(yīng)用在了所有轎車缸體缸蓋部分。
　　2.簡述鋁合金缺陷
　　發(fā)動機的缸體缸蓋作為汽車中最重要的部件，其結(jié)構(gòu)比較復雜，其特點主要有幾何形狀復雜以及對加工尺寸的加工精度要求高，工作強度高，而工作條件十分惡劣等特征。所以，在生產(chǎn)中，鋁合金缸體缸蓋鑄件的合格率一般很低。
　　因此，在本文中將就缸體缸蓋的制造的只要工藝以及其優(yōu)缺點進行簡要的介紹。
　　二、缸體缸蓋主要鑄造方法
　　1.金屬型鑄造工藝
　　金屬型鑄造工藝是比較傳統(tǒng)的對鋁合金缸體缸蓋進行鑄造的工藝，其主要優(yōu)點是鑄件冷卻時間短、零件組織細密、力學性能較高等優(yōu)點；其主要缺點是由于金屬性鑄造工藝不透氣且無退讓性，鑄造的部件容易產(chǎn)生氣孔、裂紋以及澆不足等缺陷。但其總體質(zhì)量還是明顯比砂型鑄造質(zhì)量高。
　　金屬型鑄造工藝由于其工藝的特殊性，制造成本相對較高，并且生產(chǎn)周期長，，對于單件或小批量生產(chǎn)的零部件一般不采用此種鑄造方法。外型上采用金屬型鑄造工藝，而內(nèi)腔采用砂芯，這兩種工藝相結(jié)合使得對缸體缸蓋的金屬鑄造工藝變得相對簡單，并且靈活。高壓鑄造工藝
　　高壓鑄造又稱壓力鑄造，其工作原理見下圖（圖1）：
　　圖1、壓鑄原理圖
　　壓力鑄造的主要過程是，通過高壓使液態(tài)或半液態(tài)的鋁合金在較高的速度下填滿壓鑄型型腔，并在一定壓力下是鑄件凝固成型。
　　高壓鑄件的主要優(yōu)點有：較高的精度以及表面光潔度、廢品率低、生產(chǎn)效率高等，其主要缺點是不能應(yīng)用于內(nèi)腔復雜的零件的鑄造。在鑄造的過程中要把握對壓力以及流速的控制以防止氣孔的產(chǎn)生。
　　2.中壓鑄造工藝
　　高溫壓鑄時不能使用砂芯，Toukei公司改進了高壓鑄造，提出了中壓鑄造法。中壓鑄造法的主要原理見圖2：
　　圖2、中壓鑄造工藝原理圖
　　壓力鑄造的主要過程是，通過對壓力的控制使液態(tài)或半液態(tài)的鋁合金在較高的速度下填滿壓鑄型型腔，增高壓力即可改變速度，并在一定壓力下是鑄件凝固成型。
　　高壓鑄件的主要優(yōu)點有：較高的精度以及表面光潔度、廢品率低、生產(chǎn)效率高等等，其主要缺點是不能應(yīng)用于內(nèi)腔復雜的零件的鑄造。在鑄造的過程中要把握對壓力以及流速的控制以防止氣孔的產(chǎn)生。
　　3.中壓鑄造工藝
　　為滿足日益提高的發(fā)動機功率，發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)變得越來越復雜，而由于高溫壓鑄時存在不能使用砂芯的缺點，Toukei公司改進了高壓鑄造，提出了中壓鑄造法。此時中壓鑄造的優(yōu)點顯現(xiàn)的十分明顯。中壓鑄造法的主要原理見圖2：
　　圖2、中壓鑄造工藝原理圖。其主要是將壓力降低，使中壓制造可以使用砂芯，而達到滿足對復雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的缸體的制造。
　　4.低壓鑄造工藝
　　低壓鑄造的優(yōu)點之一包括對鑄造材料的利用率高，是綜合了重力鑄造與壓力制造的優(yōu)勢的方法。其主要工作過程是在低壓30kp下，鋁合金液體由下而上的對型腔進行填充，此方法可以鑄造出閉艙結(jié)構(gòu)的缸體。
　　其主要的優(yōu)點有：充型速度調(diào)節(jié)便捷、可以實現(xiàn)方向性凝固、獲得鑄件的質(zhì)量高，并且可以使用砂芯，可以實現(xiàn)對復雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的鑄件的鑄造。主要缺點是該工藝的生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低并且廢品率高。
　　5.消失模鑄造工藝
　　消失模鑄造工藝的基本原理是代替法。其工程是將與鑄件形狀一模一樣的泡沫塑料模代替鑄模進行造型。通過澆注鋁合金液體使泡沫氣化，澆注出的鑄件與泡沫塑料外形一致。
　　消失模鑄造工藝的主要優(yōu)點是：生產(chǎn)周期短，鑄件質(zhì)量高，澆注均勻。但由于消失模鑄造工藝其工藝制造復雜，不經(jīng)濟，有其是在前期投入較高，使用范圍很小。當大規(guī)模大批量生產(chǎn)時，其優(yōu)越性才顯露出來。我國此項技術(shù)僅僅在小批量試驗階段，與國外發(fā)達國家的制造水平相差甚遠。
　　6.Cosworth法鑄造工藝
　　Cosworth法，中文是冷芯盒砂芯造型。其工作原理如圖3所示：
　　圖3、冷芯盒砂芯造型原理
　　冷芯盒砂芯造型即在一定氣氛、壓力下的一種鋯英樹脂的自硬砂組芯造型。主要優(yōu)點在于：冷芯盒砂芯造型采用鋯砂，鋯砂的膨脹率穩(wěn)定并很小，使鑄造的鑄件尺寸更加精密；動力由電磁泵提供，計算機控制，使鋁液充型平穩(wěn)；澆注過程在保護氣下進行，減少了氧化渣的形成。由于其優(yōu)性使得到的鑄件的質(zhì)量較高。但由于鋯砂極好的導熱性，對于壁厚小于4mm的鑄件難以完成。
　　三、總結(jié)
　　工廠在選用鑄造方法時要根據(jù)鑄件特點以及工廠自身生產(chǎn)條件選擇，鑄造出高質(zhì)量的鑄件。經(jīng)過上述對鋁合金缸體缸蓋制造工藝的介紹，可以得知，金屬型鑄造和低壓鑄造是比較常用的方法，對于較簡單的缸體鑄件高壓鑄造也是比較常用的。當缸體內(nèi)腔結(jié)構(gòu)比較復雜時，一般需用消失模鑄造或冷芯盒砂芯造型。
　　高壓鑄造在生產(chǎn)簡單缸體時有其特有的優(yōu)越性，例如生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量好，所以在較長的時間內(nèi)，高壓鑄造工藝不會被替代。低壓鑄造則是生產(chǎn)缸蓋的主要生產(chǎn)工藝。
　　隨著科技的發(fā)展，冷芯盒砂芯造型法將會得到優(yōu)化，其經(jīng)濟性得到提高，其鑄造工藝將進一步完善，而在未來消失模鑄造或冷芯盒砂芯造型必然是鋁合金缸體缸蓋制造工藝的主流。
　　參考文獻：
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