汽車(chē)缸體鑄造工藝

1、汽車(chē)缸體鑄造工藝缸體鑄造工藝、缸體材料車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的材質(zhì)主要有灰鑄鐵， 鋁合金，蠕墨鑄鐵等。傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)論是缸體 還是缸蓋都是米用鑄鐵的，但是鑄鐵有著許多先 天的不足，例如重量大、散熱性差、摩擦系數(shù)高 等等。所以，許多發(fā)動(dòng)機(jī)廠商都在尋找更適合的 材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成部件，比如密度小的鋁。 鋁的比重輕，單位體積的鋁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要小于鑄 鐵，所以鋁缸體通常體積反而大些。但鋁容易和 燃燒時(shí)產(chǎn)生的水發(fā)生化學(xué)作用，耐腐蝕性不及鑄 鐵缸體，尤其對(duì)溫度壓強(qiáng)都更高的增壓引擎更是 如此。鑄鐵缸體和鋁缸體各有其優(yōu)缺點(diǎn)，所以所 以高增壓的引擎很多都采用鑄鐵缸體， 小型車(chē)的 缸體則更多向鋁缸體發(fā)展。金屬中的元素組

2、成會(huì)對(duì)金屬材料的性能產(chǎn) 生較大的影響，就鋼鐵而言，鋼中含碳量增加， 屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低， 當(dāng)碳量0.23%超過(guò)時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因 此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過(guò)0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力， 在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕； 此外，碳能增加 鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。不同的缸體元素配比 也是有差別的。合肥江淮鑄造有限責(zé)任公司缸體化學(xué)成分要求化學(xué)成 分（%CSiMnPSCrCuTiSnPb下限3.25 1.95 0.60 0.00 0.06 0.25 0.30 0.00 0.06°'00上限 3.40 2.10 0.90 0.0

3、6 0.10 0.35 0.50 0.03 0.090.004二、原材料熔煉熔煉設(shè)備選用：中頻感應(yīng)保溫電爐：生產(chǎn) 效率10t/h，外水冷長(zhǎng)爐齡大排距沖天爐：生產(chǎn) 效率7t/ho1、原材料原材料一般為回爐料，廢鋼和生鐵?；貭t料是廠家的常備材料，在使用時(shí)必須注 意其本身的干凈程度?；貭t料的加入量必須嚴(yán)格 按一定比例，否則會(huì)導(dǎo)致鐵水的 Si、S含量不易 控制。江淮生產(chǎn)的缸體鑄件回爐料使用量一般不 超過(guò)20%。在江淮的缸體生產(chǎn)中，廢鋼的使用量超過(guò) 50%。這是由于生鐵本身含有粗大石墨， 而石墨 熔點(diǎn)較高，在2000C以上，在熔煉中不能熔盡， 使得結(jié)晶過(guò)程中石墨變得粗大。且新生鐵因產(chǎn)地 原因也有不同的遺

4、傳因素影響。且江淮鑄造廠的 廢鋼資源豐富（汽車(chē)邊角料），因此應(yīng)該盡可能使 用廢鋼。另外，廢鋼的使用量直接與鑄件的強(qiáng)度 有關(guān)。有廠家應(yīng)用證明，在 CE值相同時(shí)，多加 40%的廢鋼，強(qiáng)度高出70MPa，硬度下降9HB。生鐵是鑄鐵的主要原料之一。加入時(shí)要考慮 生鐵中微量兀素含量是否超標(biāo)。江淮選擇的是合 肥產(chǎn)的Z18，含量一般在30%以下。2、熔煉工藝熔煉工藝采用沖天爐.工頻電爐雙聯(lián)技術(shù)， 選用高溫熔煉廢鋼增碳工藝。配料采用廢鋼和回 爐料為主，加上一定比例的生鐵，采用爐內(nèi)增碳 加石墨粉。廢鋼應(yīng)該盡量無(wú)銹蝕。當(dāng)在沖天爐中 溫度達(dá)到1 500 °C時(shí)，除去熔渣，加孕育劑，合 金元素，在放入工頻電

5、爐中保溫至14504C出爐。三、造型1、造型材料造型材料：指制造鑄型用的材料，如砂型鑄 造,包括砂、粘土、有機(jī)或無(wú)機(jī)粘結(jié)劑及其它附 加物。(1)組成砂造型材料的基本成分，粒度為 0.0151mm,常指硅砂和其它顆粒耐火材料。 硅砂要求:SiO2>95%。粘土重要成分是高嶺土，其礦物組成是高嶺 石(水化硅酸鋁),顆粒尺寸v 2卩m。無(wú)機(jī) 粘結(jié) 劑由無(wú)機(jī)物質(zhì)組成，如粘土、膨潤(rùn)土、水 玻璃、水泥等。主要粘結(jié)劑是膨潤(rùn)土。有機(jī) 粘結(jié) 劑由有機(jī)物質(zhì)組成，如干性油、樹(shù)脂、淀 粉、紙漿殘液等。附加 物除粘結(jié)劑以外能改善型砂和芯砂性能而 加入的物質(zhì)。涂料造型時(shí)涂覆在型腔和型芯表面的物料，呈液態(tài)、稠體或粉體

6、。用于提咼鑄型表 面的耐火度、保溫性、光滑性和化學(xué)穩(wěn) 定性等。(2)性能要求型砂強(qiáng)度型砂、芯砂抵抗外力破壞的能力，包括 抗壓、抗拉、抗剪、抗彎曲在濕、干及 熱三種狀態(tài)下的強(qiáng)度。透氣 性緊實(shí)砂樣的孔隙度。耐火 度澆注時(shí)，不軟化、不熔融的性能。壓潰 性鑄件冷卻收縮時(shí)抗壓縮的性能，即型砂 和芯砂在澆注后容易潰散的性能，原稱 退讓性。耐用 性主要指粘土的耐用性，即加熱對(duì)粘土保 持其固有性質(zhì)的能力，又稱復(fù)用性。(3)型砂和芯砂種類種類粘結(jié) 劑干燥情 況特點(diǎn)應(yīng)用粘土膨潤(rùn)濕型、表不易緊實(shí),易最廣泛，砂土或干型、產(chǎn)生夾砂、脹各種類高嶺 土干型砂、氣孔等缺 陷型鑄鐵 件水玻璃砂水玻 璃干型強(qiáng)度高，透氣 性好，易

7、緊實(shí), 退讓性差大型鑄 鐵件，所 有鑄鋼件樹(shù)脂 砂合成樹(shù)脂干型硬化反應(yīng)快， 價(jià)格較貴,便 于自動(dòng)化型芯及 殼型（芯）2、造型工藝機(jī)器造型模板震壓造型倉(cāng)擊活塞HV實(shí)活塞壓氣活慮起模頂樸起模油垃壓力油特 點(diǎn)：生產(chǎn)效 率高，質(zhì)量 穩(wěn)定，勞動(dòng) 強(qiáng)度較低， 對(duì)工人技 術(shù)水平要求不高，設(shè)備及工藝裝備投資大。只適 用于大批量、兩箱造型。(1)震壓造型原理用壓縮空氣和汽缸使砂箱上下震動(dòng)來(lái) 實(shí)現(xiàn)緊實(shí)型砂。特點(diǎn)緊實(shí)度不高，鑄件表面粗糙，噪音大， 生產(chǎn)率較低。效率5060箱/h;中、小型鑄件。中、小 批量生產(chǎn)。原理特點(diǎn)效 率、 鑄件 類型利用緊實(shí)度240壓縮較咼，空氣鑄件尺300將型寸精箱/h;砂射確、表中、入型面

8、粗糙小型腔來(lái)度小，鑄緊實(shí)噪音件；砂型低，生中、(2)射壓造型射壓造型機(jī)示意圖產(chǎn)率小批高。量生產(chǎn)。原理利用咼速旋轉(zhuǎn)的 葉片將型砂高速 拋下來(lái)緊實(shí)砂型。特點(diǎn)緊實(shí)度高，適應(yīng)性 強(qiáng)，生產(chǎn)效率較 高。效率、鑄件類型拋砂量：10 30m 3 /h;大 型鑄件；單、小 批生產(chǎn)(4)拋砂造型機(jī)器造芯大量生產(chǎn)中，一般型芯采用機(jī)制，如震擊 造芯機(jī)、微震壓實(shí)造芯機(jī)和射芯機(jī)等。樹(shù)脂砂造 芯采用熱芯盒射芯機(jī)和殼芯機(jī)。1熱芯盒射芯機(jī)制 砂，用射砂方式填砂和 芯緊砂。適用于呋喃樹(shù)脂2殼芯機(jī)制芯主要使用樹(shù)脂砂,緊實(shí). 米用吹砂方式填砂和熱芯盒射芯機(jī)制芯 殼芯機(jī)制芯團(tuán)丄出氣羅漁為主戰(zhàn)E口3、冒口功能不同的冒口，其形式、 大小和

9、開(kāi)設(shè)位置均不相同，所 以，冒口的設(shè)計(jì)要考慮鑄造合 金的性質(zhì)和鑄件的特點(diǎn) 對(duì)于凝固過(guò)程中體積收縮不大的合金（如 灰鑄鐵），或不產(chǎn)生集中縮孔的合金（如錫青銅）， 冒口的作用主要是排放型腔中的氣體和收集液 流前沿混有夾雜物或氧化膜的金屬液，以減少鑄件上的缺陷。這種冒口多置于內(nèi)澆口的對(duì)面，其 尺寸也不必太大， 對(duì)于要求控制顯微組織的鑄件，冒口可以收集液流前沿已冷卻的金屬液，避免鑄件上 出現(xiàn)過(guò)冷組織。圖2是 單體鑄造的活塞環(huán)，在 內(nèi)澆口的對(duì)面設(shè)置一 個(gè)小冒口來(lái)收集冷金屬,該處就不會(huì)因金屬過(guò)冷而出現(xiàn)白口組織，導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。這類冒口的大 小和設(shè)置部位，應(yīng)根據(jù)鑄件的顯微組織要求確 對(duì)于凝固期間體積收縮量大而且

10、趨向于» 3 樸審黃主帥樹(shù)U形成集中縮孔的合金（如鑄鋼、錳黃銅及鋁青銅 等），冒口的主要作用是補(bǔ)償金屬液在型腔中的 液態(tài)收縮和鑄件凝固過(guò)程中的收縮，以獲得沒(méi)有 縮孔的致密鑄件。鑄件 在鑄型中冷卻時(shí)，最薄 的部位先凝固，其收縮 可由附近較厚的部分補(bǔ) 償；較厚部分凝固時(shí)， 又可由最厚部分得到補(bǔ) 償；最厚部分凝固時(shí)，如得不到外來(lái)的補(bǔ)償，該 處就會(huì)形成大縮孔。在這種情況下，冒口的作用 就是要補(bǔ)償鑄件最后凝固的部分，所以要置于鑄 件最厚部位的上方或側(cè)面，并且它的凝固要求晚 于鑄件的最厚部分。圖3是一個(gè)套筒形鑄鋼件， 最厚部位上方設(shè)有3個(gè)冒口，為表示致密的鑄件 和冒口中的縮孔，將鑄件及其一個(gè)冒口

11、切去了一 半。圖中的補(bǔ)正量是為改善冒口對(duì)鑄件的補(bǔ)給而 在鑄件上增設(shè)的局部加厚。由于冒口冷卻最慢， 因補(bǔ)縮和自身收縮而引起的縮孔就會(huì)只產(chǎn)生在 冒口中。這類冒口及相關(guān)工藝補(bǔ)正量的設(shè)計(jì)是鑄 造工藝設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，冒口的尺寸一般都用 計(jì)算方法確定，重要的大型鑄件可用計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)?？赏ㄟ^(guò)多種技術(shù)措施來(lái)提高冒口的補(bǔ)縮效 率，例如，中、小型鑄件可在冒口周?chē)右粋€(gè)保溫 套或發(fā)熱套，以減緩冒口的凝固達(dá)到縮小冒口尺 寸的目的；大型鑄件除可用保溫套或發(fā)熱套外， 還可在冒口頂部用電弧或火焰加熱以減緩其凝 固。提高冒口補(bǔ)縮效率的另一種途徑是采用不同 的方法增加冒口中的壓力。四、組芯江淮汽車(chē)股份有限公司2.4L汽油

12、機(jī)采用先 進(jìn)的“ Key. core”組芯工藝，在制芯工部就將 所有砂芯組裝在一起，整體上涂料、烘干，再運(yùn) 到造型工部用下芯夾具下芯。顯然，這種形式最 能保證鑄件尺寸精度，減少披縫，提高生產(chǎn)率。 下芯夾具應(yīng)設(shè)計(jì)為兩級(jí)定位，即先由長(zhǎng)銷子與砂 箱上的銷套定位，以確定下芯夾具的定位，然后 再平穩(wěn)下芯，這樣可防止擦砂，保證尺寸精度。缸體砂芯一般都要上涂料，以保證內(nèi)腔清潔 度，不粘砂。涂料絕大多數(shù)為水基，浸涂、噴涂 均可，但應(yīng)注意芯頭處及排氣口不得上涂料， 以 免堵塞排氣通道。若有可能的話，也可在上涂料 后再在砂芯上鉆排氣孔。排氣孔周?chē)鷳?yīng)放置耐火 石棉墊圈，以防止?jié)沧r(shí)鐵液鉆入排氣孔中。 砂 芯上涂料后

13、要徹底烘干，選用的烘干爐應(yīng)能將爐 內(nèi)濕空氣及時(shí)排出，以保證烘干效果。制好的砂 芯應(yīng)及時(shí)使用，避免吸潮導(dǎo)致砂芯變形、強(qiáng)度降 低并給鑄件帶來(lái)氣孔陷。砂芯的組芯順序及方案是：先對(duì)4個(gè)缸筒芯 進(jìn)行定位，然后是2個(gè)水套芯分別放在缸筒芯頭 夾具上，然后裝上2個(gè)邊芯，最后對(duì)2個(gè)蓋帽芯 定位。各砂芯在組芯夾具上的位置如左圖所示。 然后利用組芯夾具進(jìn)行組芯，再用螺釘 19將砂芯固定。砂芯在組芯后如右圖所示組芯組芯后五、澆鑄（以江淮汽車(chē)股份有限公司2.4L汽油機(jī)為例）1、澆鑄工藝采用德國(guó)KW公司生產(chǎn)的水平靜壓造型線。砂箱的尺寸為1100mmx 900mmx350mm。生產(chǎn) 線主要由主造型機(jī)，翻箱機(jī)、銑澆口機(jī)、鉆氣

14、眼 機(jī)、移16箱機(jī)、合箱機(jī)、鑄工小車(chē)、液壓站等 組成；全線采用自動(dòng)化控制，PLC為西門(mén)于s7400。主要原理是采用氣流預(yù)緊實(shí)加高壓多觸 頭壓實(shí)造型。生產(chǎn)率為105型/d,時(shí)，壓實(shí)力 1485KN。根據(jù)缸體的形狀及砂箱的尺寸，設(shè)計(jì) 采用一箱兩件生產(chǎn)。缸體模樣在砂箱內(nèi)放置位置如圖所示e土-箱兩件方案缸體模樣在砂箱中的位置氣孔、 在缸體2澆鑄系統(tǒng)根據(jù)鑄造工藝?yán)?論及鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 對(duì)于缸體類薄壁復(fù)雜鑄件，必須合理的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)，以確保鐵水 快速、平穩(wěn)的充型，可以有效地減少砂眼、 冷隔等鑄造缺陷。根據(jù)相關(guān)的資料研究， 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案時(shí)，可以借鑒以下一些經(jīng) 驗(yàn)。1澆注系統(tǒng)按半開(kāi)放半封閉原則設(shè)計(jì)為

15、宜， 必須具備一定的擋渣功能。這樣鐵液在充型時(shí)較 平穩(wěn)，不會(huì)沖擊鑄型、產(chǎn)生飛濺或卷入氣體。內(nèi) 澆道位置盡量避免直接沖擊型芯和型壁。2 盡量使鐵液流經(jīng)的整個(gè)通道在砂芯內(nèi)生 成，而直澆道難免設(shè)置在外模的粘土砂中通 過(guò).這時(shí)可在直澆道與橫澆道相交處設(shè)置過(guò)濾器 （一般用泡沫陶瓷質(zhì)）。這樣可以過(guò)濾鐵液在直澆 道內(nèi)可能沖刷下來(lái)的散砂，減少砂眼和渣眼。3要有合理的澆注速度。澆注太慢，鐵液上 升太慢，上型受高溫時(shí)間長(zhǎng)，容易開(kāi)裂。澆注太 快，型腔受沖擊力大，還易形成紊流。一般澆注 系統(tǒng)截面810Kg/s為宜。根據(jù)以上的經(jīng)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)的澆 注系統(tǒng)如圖所示。設(shè)計(jì)為封閉一開(kāi)放式澆注系 統(tǒng)，最小截面在直澆道下

16、端，前半部為封閉式， 使金屬液在澆杯及直澆道、集渣倉(cāng)內(nèi)起擋渣作 用。其后為開(kāi)放式，使充型平穩(wěn)，故兼有封閉式 及開(kāi)放式兩者的優(yōu)點(diǎn)。澆注機(jī)是從瑞士 SLS進(jìn) 口的自動(dòng)澆注機(jī)，澆注時(shí)間控制在 1416so六、鑄件清理將鑄件從鑄型 中取出，清除掉本 體以外的多余部 分，并打磨精整鑄 件內(nèi)外表面的過(guò) 程。主要工作有清除型 芯和芯鐵，切除澆口、冒口、拉筋和增肉，清除 鑄件粘砂和表面異物，鏟磨割筋、披縫和毛刺等 凸出物，以及打磨和精整鑄件表面等。鑄件清理方法有機(jī)械方法、物理方法和化學(xué) 方法3類。機(jī)械方法是利用各種手動(dòng)和機(jī)動(dòng)工 具或不同類型的機(jī)械設(shè)備所產(chǎn)生的壓力、沖擊、 剪切、研磨等力量作用于鑄件，以達(dá)到清理

17、的目 的。物理方法則是利用電弧、等離子、激光、超 聲波和沖擊波等對(duì)鑄件進(jìn)行清理?；瘜W(xué)方法是利 用氫氟酸溶解二氧化硅和鹽液電解等、清除中小 鑄件的粘砂；也有利用一些金屬在高溫下激烈氧 化的特性進(jìn)行氧化切割和氣割。1、除芯和表面清理除芯和表面清理分為干法和濕法兩類。干法 清理是利用機(jī)械設(shè)備對(duì)鑄件進(jìn)行清理。所用設(shè)備 簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率較高、對(duì)不同類型鑄件有較大的 適應(yīng)性和既能除芯又能有效清理表面的優(yōu)點(diǎn)。缺 點(diǎn)是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中往往粉塵飛揚(yáng)、噪聲較大、污染 環(huán)境。濕法清理沒(méi)有粉塵，但因用水作介質(zhì)，鑄 件表面容易銹污。作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生大量污水和帶 水泥沙，帶來(lái)了砂子和水的再生及污泥處理等問(wèn) 題。生產(chǎn)中常用的干法和濕

18、法清理有： 滾筒清 理。將鑄件和星鐵一起裝入圓形滾筒中， 當(dāng)滾筒 旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠鑄件、星鐵、廢砂之間相互撞擊、 摩擦的作用清除鑄件內(nèi)外砂子，打磨鑄件表面， 同時(shí)也能部分清除飛邊毛刺。這類設(shè)備適用清理 形狀較簡(jiǎn)單、壁較厚的中小型鑄件。拋丸清理。 利用高速運(yùn)動(dòng)的鋼丸、鐵丸、磨粒流的沖擊力量 清除型芯、粘砂，打磨鑄件表面。圖所示是Q3110 型拋丸滾筒。這種設(shè)備把滾筒清理與拋丸清理結(jié) 合起來(lái)，同時(shí)配備了相應(yīng)的吸塵除塵系統(tǒng)。此外， 常用的拋丸清理設(shè)備還有拋丸清理臺(tái)和拋丸清 理室等。用來(lái)進(jìn)行連續(xù)性生產(chǎn)的拋丸清理機(jī)械有 鏈板式拋丸滾筒、連續(xù)式拋丸清理臺(tái)、懸掛式連 續(xù)生產(chǎn)噴丸清理室等。這類設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高

19、。水力清砂。將高壓水通過(guò)管路從噴槍口射 向被處理鑄件，依靠水流的動(dòng)能和沖刷作用清除 型芯及鑄件粘砂。水力清砂通常備有由型鋼和鋼 板構(gòu)成的敞口清理室，底部設(shè)置回轉(zhuǎn)工作臺(tái) ，噴 槍安裝在側(cè)壁上，能上下移動(dòng)和回轉(zhuǎn)，可使高壓水 流射向除鑄件底面以外的任何部位。 有時(shí)為了提 高清除鑄件表面粘砂的效率，在噴槍的適當(dāng)位置 導(dǎo)入石英砂等磨料以獲得高速水砂流。一般稱這 種方法為水砂清砂。水爆清砂。中國(guó)在 20世 紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種清砂方法。鑄型澆注 后，鑄件冷卻到規(guī)定溫度時(shí)打箱，立即將其浸入 水池中，水經(jīng)所有縫隙滲入鑄型內(nèi)并與高溫金屬 接觸迅猛汽化爆炸，沖擊波能將鑄件內(nèi)外附著的 砂子基本清除。水爆清砂法具有作業(yè)時(shí)間短、效 率高的優(yōu)點(diǎn)，在中國(guó)鑄鋼車(chē)