論汽車鋁合金缸體缸蓋鑄造工藝研究現(xiàn)狀

孫洪強(qiáng)

華域皮爾博格（煙臺(tái)）有色零部件有限公司 山東省煙臺(tái)市 265500

本文就從鋁合金缸體缸蓋鑄造層面出發(fā)，列舉了當(dāng)前主要的鑄造方式，有金屬型鑄造工藝、壓力鑄造方式、中壓鑄造方式、低壓鑄造方式、消失模鑄造方式、冷芯盒砂芯造型鑄造方式等七種。并分別對(duì)其優(yōu)點(diǎn)以及不足進(jìn)行分析，探討其方式最適用的情況和狀態(tài)，并分析其相應(yīng)鑄造方式所鑄造出鑄件的各自特點(diǎn)，并對(duì)其所需要的生產(chǎn)成本進(jìn)行說(shuō)明，以此使得汽車行業(yè)能夠根據(jù)自身的實(shí)際特點(diǎn)，與其生產(chǎn)的汽車特色，來(lái)選擇最適合自身的鑄造方式，并對(duì)其不斷的進(jìn)行完善和改進(jìn)，使得汽車零件鑄造工藝能夠不斷的發(fā)展。

1 鋁合金缸體缸蓋

隨著時(shí)代科技的不斷發(fā)展，汽車已經(jīng)逐漸成為人們出行的必要工具，因?yàn)槠鋸?qiáng)大的便利性和功能，深受廣大群眾的喜歡。一輛汽車是由各式各樣的零部件所構(gòu)成的。這些零部件慢慢的拼裝出龐大的汽車系統(tǒng)，才實(shí)現(xiàn)了汽車飛快的速度以及其他強(qiáng)大的功能。因此，汽車工業(yè)可以在一定程度上帶動(dòng)很多其他行業(yè)的發(fā)展，正像：缸體缸蓋鑄造工藝。發(fā)動(dòng)機(jī)作為一輛汽車最為核心的部分，其缸體與缸蓋是核心中的核心，是汽車眾多有色零件中原輔材料消耗較大，工藝技術(shù)含量較高的零件之一，其重量達(dá)到汽車有色零部件的首位。當(dāng)前，汽車的輕量化已經(jīng)是現(xiàn)下以及未來(lái)的發(fā)展方向。

汽車輕量化主要是在確保機(jī)車安全和性能的前提下，通過(guò)輕量化材料把汽車的重量整體變輕以此可以減少油量的損耗，做到節(jié)能減排的效果，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。汽車輕量化極其符合當(dāng)前的環(huán)保需要，因此汽車輕量化逐漸成為了最有效以及便利的保護(hù)環(huán)境的方式之一。其為了達(dá)到減少汽車重量的目的，可以使用輕合金材料，如鋁合金材料，因其輕便，以及美觀，在汽車零部件的生產(chǎn)中非常常見(jiàn)。目前汽車輕量化的重要實(shí)現(xiàn)方式就是發(fā)動(dòng)機(jī)使用鑄造鋁合金缸體缸蓋。

研究汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體缸蓋鑄造工藝，其不僅僅可以達(dá)到汽車輕量化的目的，還需要設(shè)計(jì)好內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及選擇合理的生產(chǎn)工藝。就其是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的零件之一而言，在其生產(chǎn)和后續(xù)加工過(guò)程中需要嚴(yán)格按要求控制好其尺寸精度。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)平時(shí)工作的環(huán)境十分之惡劣，因此對(duì)其性能要求極高，結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)都需要考慮周全，以生產(chǎn)出合格的高質(zhì)量鑄件，從而滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各種工作狀態(tài)下對(duì)缸體缸蓋的要求。就當(dāng)前行業(yè)整體水平而言，復(fù)雜鋁合金缸體缸蓋產(chǎn)品的鑄造難度大，產(chǎn)品合格率低，還需要不斷進(jìn)行改進(jìn)提高和完善，因此，研究其現(xiàn)狀是非常之必要的。

2 鋁合金缸體缸蓋的主要鑄造方式

2.1 金屬型鑄造工藝

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的鑄造方式里，有傳統(tǒng)的方式，也有先進(jìn)的方式。金屬型的缸體缸蓋鑄造方式便是較為傳統(tǒng)的鑄造方式之一。其主要在于鑄造所需要的時(shí)間很快，鑄造的零件其組織性能良好。不過(guò)其缺點(diǎn)也很顯著，此種鑄造方式其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生空氣，使得其缸體缸蓋存在有開(kāi)裂紋路的風(fēng)險(xiǎn)。又因?yàn)槠浒l(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的質(zhì)量要求是非常高的，所以在單一的金屬型鑄造工藝下所鑄造出的零件往往很難符合其發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，這種鑄造工藝的生產(chǎn)成本很高，周期又長(zhǎng)，無(wú)法運(yùn)用于小批量的生產(chǎn)，如果可以根據(jù)外形來(lái)使用該工藝，內(nèi)腔使用砂芯，二者互相融合，會(huì)起到較為有效的效果。這是汽車鋁合金缸體缸蓋的鑄件方式之一。

2.2 壓力鑄造方式

這種鑄造方式又名高壓鑄造工藝。其基本原理是根據(jù)高壓能夠讓鋁合金液體填充并壓滿鑄型型腔。在高壓的作用之下，其鋁合金液體成型的速度極其迅速，其也是這種鑄造方式的優(yōu)勢(shì)之一。此外，其工藝制造出的零件精度非常之高，表面也極其的光滑，成品率也相對(duì)較高、強(qiáng)度以及硬度都能滿足嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，與砂型的鑄造方式相比較，能夠把強(qiáng)度提高四分之一。高壓鑄造方式的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)效率的高效性，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定并且高，比較適合于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)更為單一的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，其往往不能用于內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缸蓋。這種零件鑄造方式的生產(chǎn)效率很高，其鑄造零件的壽命也很長(zhǎng)，其使用的頻率高。高壓鑄件一般來(lái)說(shuō)是不會(huì)在進(jìn)行二次的加工，在一定程度上減少了鑄件的成本，節(jié)約了其裝配工時(shí)以及材料。但其也具有缺點(diǎn)，制造不出內(nèi)腔復(fù)雜的零件。由于這種鑄造方式需要控制壓力以及速度，以此來(lái)防止鑄件氣孔。壓鑄的時(shí)候，往往因?yàn)殇X合金充填型腔速很快，所以不對(duì)其進(jìn)行加熱處理，所以這種方式不適用于進(jìn)行凹凸明顯的鑄件。由于高壓鑄造往往不適用于小型的批量生產(chǎn)，其小批量生產(chǎn)會(huì)使得成本提高。這是汽車鋁合金缸體的主要鑄件方式之一。

2.3 中壓鑄造方式

中壓鑄造方式有著高壓鑄造方式所不能替代的優(yōu)勢(shì)，能夠用砂芯。其主要是通過(guò)高壓鑄造改造而成，改造之后的中壓鑄造工藝需要進(jìn)一步的達(dá)到其越來(lái)越高的發(fā)動(dòng)機(jī)功率要求，以及逐漸復(fù)雜的缸體缸蓋結(jié)構(gòu)。而能夠采用砂芯作為中壓鑄造工藝的突破點(diǎn)。能夠使用砂芯，來(lái)用于復(fù)雜型的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)缸體缸蓋。這是汽車鋁合金缸體缸蓋的鑄件方式之一。

2.4 低壓鑄造方式

低壓鑄造方式融合了上述各大鑄造方式的優(yōu)勢(shì)，其所需要的壓力更為低，而又可以在很大的程度上鑄造出更為封閉的缸體。其能夠進(jìn)一步使用更為低的壓力，將鋁合金液體從下到上的對(duì)型腔進(jìn)行相應(yīng)的填充。低壓鑄造工藝其更為明顯的優(yōu)勢(shì)是，其金屬液體的沖型速度能夠進(jìn)行快速且方便的調(diào)節(jié)，其鑄件的質(zhì)量更為優(yōu)良。并且其不單單可以采用砂芯，還能夠適用于更加繁復(fù)的結(jié)構(gòu)，其還可以通過(guò)更低的壓力來(lái)進(jìn)行鑄造。不過(guò)其也有自己相應(yīng)的缺點(diǎn)，其鑄造的時(shí)間長(zhǎng)，效率比較低、使得成品的合格率也比較低，是汽車鋁合金缸體缸蓋的重要鑄件方式之一。

2.5 消失模鑄造方式

消失模鑄造方式最為主要的是要先進(jìn)行造型，造型需要其采用泡沫塑料來(lái)替代其鑄件進(jìn)行，如果這種泡沫塑料和鑄件的形狀是相同的。則這種方式主要是采用澆鑄鋁合金液體的方式來(lái)使得泡沫不斷氣化，以此來(lái)獲得鑄件，并將它替代之前的替代品形狀，不會(huì)出現(xiàn)任何誤差。此種工藝所鑄造出的鑄件質(zhì)量有相應(yīng)的保證，其時(shí)間相對(duì)較短，效率也比較高。但是因?yàn)槠渲圃炝鞒痰膹?fù)雜和繁瑣性，成本相對(duì)較高，不適用于小批量的生產(chǎn)，因此，當(dāng)前這項(xiàng)工藝還未能進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，其在我國(guó)依舊處在摸索的階段，也沒(méi)有辦法和發(fā)達(dá)國(guó)家相比較。這是汽車鋁合金缸體缸蓋的鑄件方式之一。

2.6 冷芯盒砂芯造型鑄造方式

冷芯盒砂芯造型鑄造方式與之前的方式相比較，具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)性。其主要采用硅砂的工藝，其就是充分利用了該材料的穩(wěn)定性以及體積微小的特點(diǎn)，使得所鑄造的零件其精度大大的提高，誤差變小。又通過(guò)當(dāng)前發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)控制其鋁合金液體。確保其充型速度的穩(wěn)定。以此來(lái)減少其渣子的形成，在澆鑄的時(shí)候往往要通過(guò)保護(hù)氣體來(lái)提高其鑄件的相應(yīng)質(zhì)量。倘若其鑄件的厚度比較低，在一定程度上就難以完成，其主要是由于硅砂的導(dǎo)熱性比較好所導(dǎo)致的。因此，冷芯盒砂芯的鑄造方式使用，就尤其需要考慮到其鑄件的現(xiàn)實(shí)情況，并對(duì)其不斷的進(jìn)行完善和改進(jìn)。這是汽車鋁合金缸體缸蓋的鑄件方式之一。

總而言之，隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的不斷發(fā)展，鑄造方式多種多樣。而無(wú)論是哪種鑄件，其都有自身的特點(diǎn)，在對(duì)鑄造方式進(jìn)行選擇時(shí)，需要依照鑄件的實(shí)際情況以及生產(chǎn)的規(guī)模來(lái)權(quán)衡，選擇出最適合的方法，以此才能進(jìn)一步鑄造出高質(zhì)量的鑄件。汽車鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體缸蓋所需要的工藝標(biāo)準(zhǔn)很高，鋁合金汽缸蓋最為常用的方式是低壓鑄造以及金屬型鑄造，鋁合金缸體最為常用的制造方式是壓力鑄造和低壓鑄造。高壓主要方式其的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)效率的高效性，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定并且高，比較合適于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)更為單一的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，其往往不能用于內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缸蓋。結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜缸蓋常用金屬膜加砂芯配合使用重力工藝生產(chǎn)或者采用低壓鑄造工藝，這兩種是目前鋁合金汽缸蓋生產(chǎn)中使用規(guī)模最大的工藝。各種鑄造方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要還是要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和實(shí)際生產(chǎn)條件綜合考慮來(lái)選擇使用的鑄造方式，從而獲得高質(zhì)量鑄件的同時(shí)降低生產(chǎn)成本。人們將會(huì)不斷的對(duì)各類鑄造工藝進(jìn)行完善和提高，以此來(lái)不斷的提高其質(zhì)量水平和經(jīng)濟(jì)效益，并且不斷的降低其生產(chǎn)成本。使得汽車行業(yè)來(lái)選擇最適合自身的鑄造方式，并對(duì)其不斷的進(jìn)行完善和改進(jìn)，使得汽車零件鑄造工藝能夠不斷的發(fā)展。