汽車發(fā)動機缸體缸蓋消失模鑄造技術的研究與應用

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1、汽車發(fā)動機缸體缸蓋消失模鑄造技術的研究與應用汽車發(fā)動機缸體缸蓋消失模鑄造技術的研究與應用　　為了降低發(fā)動機單位功率的重量指標、油耗指標及尾氣排放指標，我們研究并開發(fā)了直列四缸二氣門下置凸輪柴油機缸體缸蓋消失模鑄造產品。通過優(yōu)化設計產品結構工藝、鑄造環(huán)節(jié)流程工藝和采用性能更加的鑄鐵材料，使得每臺套缸體缸蓋消失模鑄件產品總重量與普通砂型鑄件相比減輕了15kg。發(fā)動機在扭矩工況下的油耗指標下降了1.5g/kw•h、排氣溫度下降了9℃、煙度下降了0.1FSN，在標定工況下的排氣溫度同比下降了19℃、煙度下

2、降了0.2FSN?！　　　“l(fā)動機缸體缸蓋的制造水平是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，進而也在很大程度上代表了一個國家汽車工業(yè)的發(fā)展水平。不斷提高發(fā)動機功率、降低燃油消耗量和減少尾氣排放是汽車工業(yè)自身發(fā)展的內在需求，也是外部環(huán)境的客觀要求。鋁合金材料的選用使發(fā)動機乃至整車的重量得到了有效減輕，促進了汽車工業(yè)的發(fā)展。像美國的通用汽車GM公司、德國的寶馬汽車BMW公司、意大利的法塔鋁FATA消失模鑄造公司和法國的雪鐵龍汽車公司均采用了消失模鑄造工藝來生產鋁合金發(fā)動機缸蓋以改善發(fā)動機乃至整車的綜合性能并取得了顯

3、著的效果。汽車時代的進步對原材料、能源的節(jié)約和環(huán)境保護提出了更高的規(guī)范，使得發(fā)動機的比功率（KW/排量•升）越來越大，導致發(fā)動機缸體缸蓋的工作溫度普遍提高，兩零部件的許多局部區(qū)域工作溫度已經超過了200℃，此時一方面鋁合金的機械強度會下降很快，顯得不堪重負；另一方面發(fā)動機的機油正常工作溫度為105℃，如此的高溫使機油的潤滑和導熱作用變弱，而鑄鐵材料件在此溫度下仍然能正常工作并表現出優(yōu)異的工作性能。　　　　目前解決鋁合金在高溫及常溫下機械強度不夠的措施是在缸體缸蓋連接螺栓處和缸體與軸承蓋連接螺栓處進

4、行鑲鑄灰鑄鐵加固螺紋件或灰鑄鐵連接板。這樣做一方面增加了鑄造的技術難度、增加了零部件的重量，使得制造成本上升；另一方面由于鋁合金與灰鑄鐵的膨脹系數有差別，在發(fā)動機正常工作情形下容易產生疲勞裂紋和鑲鑄件的松動缺陷?？v觀鑄造產品成型的全過程，即從礦石冶煉到鑄件成品，鋁合金的耗能要比鑄鐵高。而鑄鐵產品的防振能力、自潤滑能力和高溫機械性能遠大于鋁合金，因此可以預見普通灰口鑄鐵、高牌號孕育鑄鐵、合金鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球鐵材質的汽車零部件將愈來愈多地受到人們的重視。尤其是蠕墨鑄鐵件，作為一種發(fā)動機新材料，蠕墨鑄鐵與普通灰口

5、鑄鐵相比，抗拉強度提高了約75％，彈性模量增加近40％，疲勞強度幾乎是灰口鑄鐵的2倍，用蠕墨鑄鐵取代灰口鑄鐵生產的發(fā)動機缸體至少可減輕重量10％，同時大大降低了疲勞變形和柴油機的污染物排放量。國外已在大功率柴油機發(fā)動機件上普遍采用蠕墨鑄鐵材料。它具備接近球墨鑄鐵的強度，有類似普通灰鑄鐵的防振、導熱能力及鑄造性能，而又較普通灰鑄鐵有更好的塑性和耐疲勞性能?？傊?，只有鑄鐵件的力學性能與高溫性能才能滿足汽車乃至發(fā)動機的未來發(fā)展之要求?！　　　∠ｈT造的基本原理是采用與所需鑄件形狀完全相同的泡沫塑料模添加合金縮水率

6、后代替鑄模進行造型，泡沫模樣不取出呈實體鑄型，澆入金屬液使其汽化形成鑄件。與傳統的砂型鑄造相比，消失模鑄造取消了混砂、制芯工序，省去了傳統造型工序中分箱、起模、修型、組芯與下芯、合箱等操作，大大簡化了落砂、鑄件清理及砂處理工序，因而縮短了生產周期；同時一方面由于負壓下鑄型剛度大，鑄鐵件易于實現自補縮，從而減小鑄件所需的冒口尺寸，另一方面由于泡沫模型簇的組裝自由度大，易于實現一型多件澆鑄成型，提高了工藝出品率；消失模鑄件機械加工余量?。?.5∽3.5mm），壁厚均勻度高，孔徑大于Φ7mm的內部型腔都可以直接鑄出

7、，鑄件重量同比普通砂型鑄件減輕8%∽12%；消失模造型干砂中無需粘結劑和添加物（煤粉、膨潤土、水），這樣一來既節(jié)約了大量的原材料又有利于舊砂循環(huán)使用，減輕環(huán)境污染。消失模鑄造技術被譽為“鑄造中的綠色工程”。在過去的二十世紀八十年代，美國就已經把運用消失模鑄造工藝來生產汽車發(fā)動機缸體缸蓋，以提高發(fā)動機的整體性能來提升其汽車工業(yè)的國際競爭力，并取得了成功?！　　　“不杖窦瘓F有限公司于1994年從美國引進了一條完整的消失模鑄造生產線和相關的生產技術，包括預發(fā)泡機、制模機、膠合機、機械手、干砂造型和負壓澆注生產線，

8、經過十余年的消化吸收與艱苦探索，先后自主研究開發(fā)了兩大系列7個品種的消失模鑄造普通灰口鑄鐵HT150、HT200和高牌號孕育鑄鐵HT250柴油機零部件產品：R175A單缸柴油機缸蓋、R175A單缸柴油機缸體、N485四缸柴油機排氣管、N485四缸柴油機飛輪殼、N485四缸柴油機離合器殼、N485四缸直噴式柴油機缸蓋、4105ZLQ增壓中冷式四缸柴油機缸體。參見圖1所示，本文重點介紹直列四缸二氣門下置