摘要：汽车发动机工作过程中，缸体一直处于高温状态，所受热冲击与力的作用比较大，缸体所处工作环境较为恶劣，因此，发动机缸体的致密度、气密性均有较高的要求。近年来汽车发动机技术的不断提升，作为汽车发动机不可缺少的重要部件，人们对缸体的力学性能、尺寸精度、铸造加工工艺研究也日趋深入。
关键词：汽车发动机；铝合金缸体；压铸工艺；改进；分析
引言：
近年来，节能减排已经成为了时代风潮，汽车轻量化也是大势所趋，在这两大背景之下，铝合金材料在汽车中的运用越发广泛，借助压铸成型的汽车零部件越来越多。作为轿车的核心部件，发动机缸体大多采用铝合金和铸铁为材料，其中压铸铝合金缸体得到了越来越多的认可，日韩和欧美的汽车公司大多都运用压铸铝合金缸体。在缸体生产领域，普通砂型铸铁缸体具有工艺简单、成本低、刚性和耐热性好的优点，但也有一个缺点，那就是重量过大。如将缸体下方的曲轴和上方的缸套一分为二，下面使用铝合金而上面使用铸铁，就可一举两得，既减轻了缸体质量，又可保持铸铁缸体的优点。
1.汽车轻量化和汽车铝合金缸体缸盖的概述
汽车是人们出行的必备工具，并因其功能强大而受到人们的喜爱。实现汽车强大的功能的主要是各种各样的零部件，这些零部件组成了庞大的汽车系统，实现了汽车奔跑和其他的实用功能。由此可见，汽车工业带动了许多行业的发展，比如缸体缸盖铸造工艺。发动机是汽车的心脏，缸体和缸盖则成为心脏中的心脏，是汽车部件中需要耗费最多材料和工艺的部位，其重量居于其他部位之首。目前，汽车轻量化已经成为时下和未来的发展趋势。汽车轻量化主要是指通过减轻汽车自身重量达到整车变轻的目的。研究表明，汽车越轻，油耗越少，达到节能减排、保护环境的目的。汽车轻量化十分契合当下环保的需求，而汽车轻量化则成为一种最有效、最简单的保护环境的方式。为了减轻汽车自重，可采取铝合金材料，因其轻便、美观和优越的性能，在汽车零部件生产中十分常见。实现汽车轻量化，可通过减轻汽车铝合金缸体缸盖重量达到目的。因此，汽车铝合金缸体缸盖铸造工艺是本文要研究的主要内容。研究发动机的缸体缸盖材质和铸造工艺，一方面可实现汽车轻量化，另一方面还涉及到发动机内部复杂的结构和工艺。作为汽车中最重要的部件，在加工时不仅要注意尺寸，还要有极佳的精度。发动机的工作环境十分苛刻，强度大，所以其相关工艺必须要符合要求。但目前存在的问题是，铝合金缸体缸盖铸件不容易制造，合格率低，所以，研究汽车铝合金缸体缸盖铸造工艺现状十分必要。
2.缸体缸盖主要铸造方法
2.1金属型铸造工艺
在汽车发动机缸体缸盖主要铸造方法中，有比较先进的方法，也有传统的方法，比如金属型铸造工艺就是一种典型的传统铸造方法。其优点在于铸造时间快，铸造零件组织紧密，性能良好。但是缺点也很明显，其所生产的铸件内部有空气，有开裂的纹路等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于对于发动机缸体缸盖质量要求很高，因此单一的金属型铸造工艺所生产的零部件不一定符合发动机要求。金属型铸造工艺的成本高，周期长，不适合小批量生产，关于缸体缸盖的制造方面，可针对外形采取该工艺，内腔采用砂芯，二者结合就会起到事半功倍的效果。
2.2压力铸造
压力铸造又可称之为高压铸造工艺，其原理主要是借助高压使铝合金液体填满压铸型型腔。在高压的作用下，铝合金液体的成型速度会非常快，而这也是高压铸造工艺的优势之一。除此之外，该工艺制造的铸件精度较高，表面光滑，成品率高，强度和硬度也很高，与砂型铸造相比，其强度可以提升四分之一。压力铸造的生产效率很高，铸件寿命长，使用频率高。低压铸件一般不会再进行二次加工，这样就可以提高铸件的利用率，减少加工成本，节省装配工时和材料。缺点是不能制造内腔复杂的零件。高压铸造工艺要注意控制高压和速度，防止铸件有气孔。压铸时由于液态铝合金充填型腔速度极快，因此不能对铸件进行热处理，并且低压铸造不适合进行凸凹太过明显的铸件。低压铸造不适合小批量生产，小批量生产会提高制造成本。
2.3中压铸造工艺
中压铸造工艺具有高压铸造不能替代的优势，比如可以使用砂芯。其主要是经由高压铸造改造的。改造后的重压铸造工艺可以进一步满足要求越来越高的发动机功率和日益复杂的缸体结构，而且，可以使用砂芯是中压铸造工艺的突破点。其主要原理就是通过比高压要低的压力进行铸造，同时可以使用砂芯，适用于复杂内腔结构的缸体。
2.4低压铸造工艺
低压铸造工艺结合了上述铸造工艺的优势，使用的压力更低，可以充分利用铸造材料，铸造出更加牢固、密闭的缸体。其利用了较低的压力，使铝合金液体由下而上的对型腔进行填充。低压铸造工艺的有点是显而易见的，比如金属液体充型的速度可以方便调节，铸件质量更高。其不仅可以使用砂芯，适合更加复杂的结构，还能够以较低的压力实现铸造。缺点是铸造时间长，效率低，成品率低。
2.5消失模铸造工艺
消失模铸造工艺首先是要进行造型，造型需要通过泡沫塑料替代铸件进行，该泡沫塑料与铸件形状一模一样。这种工艺主要是通过浇注铝合金液体使泡沫气化，其所得到的铸件就是替代之前的替代品形状，不会有误差。该工艺生产出的铸件质量有保证，时间短，效率高，不过制造工艺复杂，成本高，不适合小批量生产。目前，该项工艺尚未进行大批量生产，在我国仍处于摸索阶段，无法与发达国家相提并论。
3.工艺改进
3.1运用在模具设计上增加预铸销的方法，改变铝液的最后凝固位置
改进模具设计，新设计的模具通过增加预铸销的办法，改变发动机缸体最后凝固位置及该位置的冷却速度，减小因渗漏位置壁厚差过大导致产生此类气孔缺陷的几率。
3.2压铸过程增设抽真空工序，降低气孔缺陷产生几率
在压铸过程中，增设抽真空工序，在模具上添加真空阀系统，利用真空泵，促使模具型腔内部形成真空状态，减少压射过程的卷气及型腔内部残留涂料蒸发后气体的混入，从而降低气孔的产生。真空阀设计部位为远离浇口方向、排气通道最末端，取代原排气板设计。排气面积由原来的92mm2，增大至200mm2，提升排气效果。
3.3降低浇注温度，优化工艺参数
因为在一定温度范围内，浇注温度越低，产生收缩气孔缺陷的倾向性越低，所以在保证发动机缸体品质的前提下，将浇注温度由（680±5）℃降低到（665±5）℃，从而降低发动机缸体整体气孔缺陷产生的几率。通过以上工艺改进，产品品质得到了大幅度提升。原该部位渗漏数量占投产数的比例约为3%，经过工艺改进之后，该部位渗漏数量占投产数的比例小于1%。
总结：经过对发动机缸体原压铸工艺进行改进后，发动机缸体在满足其他技术要求的同时，因为油路渗漏问题导致发动机缸体产生废品的几率明显降低，发动机缸体品质得到了大幅度提升。连续生产200件，产生油路渗漏废品3件，改善部位废品为0件。从公司成本、产品品质等方面考虑，取得了令人满意的效果。
参考文献：
[1]刘广超,王英杰,许世龙.汽车铝合金缸体缸盖铸造工艺研究现状[J].黑龙江科技信息,2017,(03):18.
[2]杨兵,张大为,周峰.汽车发动机铝合金缸体压铸工艺改进及品质提升[J].铸造技术,2017,38(01):237-239.
[3]刘世毅,盛兴涛.汽车铝合金下缸体压铸技术要点分析及缺陷应对[J].机电信息,2016,(24):85+87.
[4]景莉丽.汽车发动机铝合金缸体压铸工艺及数值模拟[D].中北大学,2016.
[5]常红梅.汽车发动机铝合金缸体低压铸造工艺设计[J].铸造技术,2015,36(05):1300-1301.
论文作者:吴艳生,张桂全,王东升
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/5
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