汽車發(fā)動機缸體鑄造技術(shù)分析

楊子昂

摘要： 隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，汽車制造行業(yè)的發(fā)展也十分迅速。而在汽車制造中，發(fā)動機缸體是一個關(guān)鍵部分。為實現(xiàn)發(fā)動機制造及其應(yīng)用質(zhì)量的良好保障，本文特對其發(fā)動機缸體的鑄造技術(shù)進行分析。希望通過本次的分析，可以為汽車發(fā)動機缸體加工及其后續(xù)應(yīng)用效果的保障提供科學(xué)參考，以此來促進汽車生產(chǎn)制造質(zhì)量的進一步提升。

Abstract： With the coordinated development of social economy and science and technology， the development of automobile manufacturing industry is also very rapid. In automobile manufacturing， engine block is a key part. In order to ensure the quality of engine manufacturing and application， the casting technology of engine cylinder block is analyzed in this paper. It is hoped that this analysis can provide a scientific reference for the guarantee of automobile engine cylinder block processing and its subsequent application effect， so as to promote the further improvement of automobile production and manufacturing quality.

關(guān)鍵詞： 汽車;發(fā)動機;缸體鑄造;鑄造技術(shù);應(yīng)用實例

Key words： automobile;engine;cylinder block casting;casting technology;application examples

中圖分類號：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0097-03

0 ?引言

在對汽車發(fā)動機缸體進行鑄造的過程中，相關(guān)企業(yè)與技術(shù)人員應(yīng)注重缸體材料的合理選擇、造型工藝的良好應(yīng)用、鑄造精度的有效保障以及缸體型芯的精確制作。通過這樣的方式，才可以讓汽車發(fā)動機缸體得以良好鑄造，滿足汽車發(fā)動機的實際應(yīng)用需求，并進一步確保汽車的生產(chǎn)、制造質(zhì)量、應(yīng)用效果及其安全性。這對于汽車發(fā)動機缸體鑄造技術(shù)的提升以及汽車制造行業(yè)的良好發(fā)展都將起到十分積極的促進作用。

1 ?汽車發(fā)動機缸體鑄造技術(shù)發(fā)展意義及其現(xiàn)狀分析

1.1 汽車發(fā)動機缸體鑄造技術(shù)的發(fā)展意義分析

在汽車的具體應(yīng)用過程中，發(fā)動機是最為關(guān)鍵的一個組成部分，只有確保發(fā)動機的設(shè)計及其制造質(zhì)量，才可以有效確保汽車的應(yīng)用效果。而在汽車發(fā)動機中，缸體則是一個關(guān)鍵部分，其鑄造質(zhì)量與精度將會對整體發(fā)動機的運行產(chǎn)生直接影響。但是在傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機缸體鑄造中，因原材料和技術(shù)方面的限制，使其鑄造加工精度難以得到有效保障?；诖耍瑸榱俗屍嚢l(fā)動機達(dá)到良好的應(yīng)用效果，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員就需要對其缸體鑄造技術(shù)加以深入研究，并將先進的材料、技術(shù)與設(shè)備等合理應(yīng)用其中，通過鑄造技術(shù)的提升來實現(xiàn)鑄造質(zhì)量的提升。這樣才可以充分滿足汽車發(fā)動機缸體的實際制造及其應(yīng)用需求，讓汽車發(fā)動機制造質(zhì)量、整體汽車制造質(zhì)量都得以顯著提升。這對于汽車生產(chǎn)制造技術(shù)的提升、汽車行業(yè)在當(dāng)今時代中的良好發(fā)展、以及交通運輸質(zhì)量與安全的良好保障都將有著十分深遠(yuǎn)的意義。

1.2 汽車發(fā)動機缸體鑄造技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

1.2.1 國外技術(shù)現(xiàn)狀分析

就目前的國外汽車發(fā)動機缸體鑄造來看，灰鑄鐵以及鋁合金是其常用的原材料。而隨著近年來的缸體鑄造技術(shù)發(fā)展，灰鑄鐵在其中所發(fā)揮的優(yōu)勢越來越顯著，而灰鑄鐵在汽車發(fā)動機缸體鑄造原材料中的應(yīng)用占比也呈現(xiàn)出了逐年增加的趨勢。在具體的缸體鑄造中，HT250灰鑄鐵開始成為了主要的原材料;在缸蓋鑄造中，HT300灰鑄鐵則是其主要的原材料;而在鑄芯選擇中，殼芯以及冷芯盒是其主要的原材料[1]。同時，在具體的鑄造加工過程中，溫度控制也成為了一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有確保溫度的穩(wěn)定性，才可以讓原材料性能保持穩(wěn)定，以此來確保鑄造質(zhì)量。

1.2.2 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀分析

在當(dāng)今，我國在汽車發(fā)動機缸體鑄造方面的發(fā)展十分迅速，且已經(jīng)獲得了較好的成果，可以讓目前的行業(yè)需求得以良好滿足。就目前我國汽車發(fā)動機缸體鑄造中的原材料來看，也將國外常用的HT250灰鑄鐵用作主要材料，將高碳低合金用作其鑄造原則，讓缸體具有良好的防漏性能。對于鑄芯，其主要材料則是冷芯盒，以此來確保其高強度、低膨脹以及良好的潰散性。在具體的鑄造過程中，因缸體形狀及其特征影響，并不能夠通過常規(guī)的方式來進行清理，而是需要借助于先進的機械手來清理，以此來確保缸體的清理效果。

2 ?汽車發(fā)動機缸體鑄造中的主要技術(shù)分析

就目前來看，在對汽車發(fā)動機缸體進行鑄造的過程中，其主要的技術(shù)措施包括四項，第一是缸體材料的合理選擇，第二是造型工藝的良好應(yīng)用，第三是鑄造精度的有效保障，第四是缸體型芯的精確制作。因此，在具體的汽車發(fā)動機缸體鑄造過程中，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員一定要對這幾項關(guān)鍵的技術(shù)措施加以合理應(yīng)用，通過各種工藝技術(shù)的合理選擇與工藝參數(shù)的良好控制來確保其鑄造質(zhì)量。這樣才可以有效滿足汽車發(fā)動機缸體的實際制作及其應(yīng)用需求。以下是對這幾項技術(shù)措施所進行的分析：

2.1 缸體材料的合理選擇

就汽車發(fā)動機缸體材料的選擇及其發(fā)展來看，鑄鐵、鋁合金以及蠕鐵都已經(jīng)成為傳統(tǒng)材料。在當(dāng)今的大部分汽車發(fā)動機中，HT250灰鑄鐵都成為了主要材料。比如，在康明斯B系列中，發(fā)動機頂面上的硬度可達(dá)到197±7HB，其中的A型石墨含量在80%以上，B型石墨含量在10%以下，石墨機體屬于細(xì)片型珠光體，其等級長度約為4-6級。

在具體的材料選擇中，首先需要做好鑄鐵成分控制，在工頻爐的熔化過程中，一定要將硫和錳元素含量加以科學(xué)調(diào)整，經(jīng)孕育獲得到的A型石墨含量應(yīng)達(dá)到95%，且應(yīng)做好硅含量控制。其次是控制好碳含量，防止因碳含量過高導(dǎo)致的力學(xué)性能降低或者是因碳含量過低導(dǎo)致的縮松滲漏問題。再次，為實現(xiàn)缸體鑄造硬度及其強度的有效提升，應(yīng)加入適量的合金，但合金加入量需根據(jù)實際情況來確定，避免加入量過大產(chǎn)生的游離碳化物影響到缸體硬度和強度;為有效阻止碳化物形成，為珠光體基體的獲得提供足夠便利，可將適量的錫加入其中[2]。最后，在具體的鑄造過程中，一定要做好HT250灰鑄鐵澆筑時間及其澆筑溫度的控制，以此來確保缸體鑄造質(zhì)量。表1是缸體材料選擇中的主要參數(shù)控制情況。

2.2 造型工藝的良好應(yīng)用

雖然缸體構(gòu)件的造型方法有很多，但是在缸體造型技術(shù)的不斷提升中，高壓造型法已經(jīng)在汽車發(fā)動機缸體鑄造中得到了普遍應(yīng)用。這種造型工藝的優(yōu)點有很多，比如，其壓力可以控制在1MPa，型腔表面的硬度可以超過80HB。為確保造型效果，鑄造中，需將型砂性能加以進一步提升。通常情況下，混碾將會對型砂性能產(chǎn)生不良影響，進而直接對產(chǎn)品質(zhì)量造成不良影響，嚴(yán)重的情況下甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報廢?；诖耍诖隧椩煨凸に嚨木唧w應(yīng)用中，相關(guān)企業(yè)與技術(shù)人員一定要對型砂做好性能測試，使其實率處于46%-49%之間，并使其破碎指數(shù)達(dá)到80%。

在此過程中，也需要對砂斗加以合理改進，在型砂性能得以良好保障的基礎(chǔ)上盡可能縮短混制和造型之間的距離。通過這樣的方式，便可在每一次造型結(jié)束之后都盡可能保障貯砂斗內(nèi)沒有存砂情況，讓下一次造型過程中應(yīng)用的是新制備好的型砂。為達(dá)到良好的造型效果，造型過程中，需要每半小時進行一次砂斗下方的型砂測試，如果發(fā)現(xiàn)型砂不合格，則需要通過皮帶將其返回，然后重新進行混合。

2.3 鑄造精度的有效保障

在進行汽車發(fā)動機缸體的鑄造過程中，為實現(xiàn)其鑄造精度的有效保障，相關(guān)企業(yè)與技術(shù)人員應(yīng)注意以下幾點：第一是基準(zhǔn)面的合理選擇，在對缸體進行鑄造與加工的過程中，一定要做好工藝基準(zhǔn)面的選擇，在缸體表面上的尺寸有上千個，如果各個尺寸在具體生產(chǎn)中都會有一定的偏差存在，這樣便會出現(xiàn)較大的尺寸鏈，這是設(shè)計中不允許出現(xiàn)的情況。基于此，在鑄造過程中，就需要嚴(yán)格做好下芯位置以及外模尺寸的控制，并通過加工基準(zhǔn)來進行毛坯加工定位點的確定，使其設(shè)計足夠合理，且前后保持一致。第二是收縮量的正確選擇，在鑄液成分的影響作用下，缸體鑄造精度也具有一定的控制難度，所以，鑄液收縮率的合理選擇也是一項至關(guān)重要的內(nèi)容。就最常見的高壓造型而言，其長度方向上的鑄液收縮率應(yīng)定為0.8%，高度方向上的鑄液收縮率應(yīng)定為1%。第三是工裝制造精度的提升，就目前的數(shù)控機床加工而言，其工裝制造精度應(yīng)控制在0.03mm，尤其是對于成批生產(chǎn)的缸體鑄件，更應(yīng)該做好其工裝制造精度的控制。具體鑄造中，因為錯邊問題會對工裝制造精度產(chǎn)生不良影響，所以技術(shù)人員一定要定期做好錯邊檢查，以此來實現(xiàn)錯邊問題的有效防治[3]。第四是水套芯的合理選擇，這是確保缸筒壁厚度均勻的關(guān)鍵，在水套芯上，應(yīng)做出缸蓋桶水孔的小芯片，并嚴(yán)格做好芯頭控制;水套芯和缸頂面芯之間應(yīng)做好膠合處理，并用螺栓做好固定，水套芯兩個端頭位置留出的工藝孔則應(yīng)該較大些。通過這樣的方式，才可以讓缸體鑄造精度得以良好控制。

2.4 缸體型芯的精確制作

因為冷芯盒是通過樹脂砂吹制而成，所以在具體制作中，為了讓砂芯棱角足夠清晰，就需要讓砂芯具有良好的緊實性，且芯盒中的氣體排出速度應(yīng)該比計入速度大。為達(dá)到這一效果，在對分盒以及頂出孔周圍進行加工的過程中，需要預(yù)留出深度是0.25mm的間隙和排氣槽，以此來實現(xiàn)排氣效果的加強。同時，在制作過程中，也應(yīng)該對芯盒表面經(jīng)常進行清洗，防止芯子表面粗糙或者是結(jié)疤情況產(chǎn)生。在芯子儲氣和清整過程中，一定要對原材料做好發(fā)氣量的控制，并確保芯子排氣足夠通暢，特別是芯頭，更需要將砂芯接觸加大。因水套芯可以進行芯子內(nèi)部的鉆孔，更容易在其內(nèi)部形成通氣網(wǎng)絡(luò)，所以可將其應(yīng)用到氣缸筒芯中，以此來達(dá)到良好的中空效果，為氣體流通提供足夠便利。在芯子清理過程中，應(yīng)格外注重毛刺飛邊的清理，這樣才可以有效避免鑄件凹痕產(chǎn)生，使其質(zhì)量得以良好保障[4]。另外，在具體的型芯制作過程中，也需要對其覆膜砂加以正確使用，覆膜砂可以直接購買，也可以選擇具有較好流動性的中砂，以此來實現(xiàn)涂料的省略和資源的節(jié)約;且覆膜砂在應(yīng)用中不可存放過長時間，這樣才可以有效防止因砂粒分離而導(dǎo)致的芯子龜裂甚至破損現(xiàn)象。

3 ?汽車發(fā)動機缸體鑄造實例分析

為有效確保汽車發(fā)動機缸體的鑄造效果，本次特以寶馬汽車中國廠的某款發(fā)動機缸體鑄造為例，對其鑄造工藝技術(shù)應(yīng)用進行分析，包括缸體尺寸要求分析、頂面精加工工藝分析以及缸孔精加工工藝分析。以下是具體的鑄造工藝應(yīng)用情況：

3.1 缸體尺寸要求

本次所研究的是寶馬汽車某款發(fā)動機缸體產(chǎn)品的鑄造技術(shù)，該發(fā)動機缸體的主要組成部分包括缸體的頂面、缸孔以及曲軸孔等。表2是其具體的尺寸控制要求情況。

3.2 頂面精加工工藝

對于汽車發(fā)動機缸體鑄造而言，頂面精加工是一項關(guān)鍵內(nèi)容，只有做好頂面精加工工藝的控制，才可以有效確保其加工質(zhì)量，滿足其實際應(yīng)用需求。在對缸體頂面進行鑄造的過程中，其精加工工藝包括以下幾點：第一，按圖紙進行缸體裝夾定位設(shè)計，因為圖面尺寸是底面及其兩個定位銷孔，且該基準(zhǔn)已經(jīng)在之前的鑄造中形成，所以在具體的頂面加工中，便可避免由于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換所導(dǎo)致的精度誤差。第二，因為缸體具有較大的空間尺寸，如果加工中裝夾不緊，便會導(dǎo)致缸體出現(xiàn)細(xì)微晃動，進而對其加工精度造成不良影響，因此需將若干個自鎖形式的裝夾點以及輔助支撐點設(shè)置在夾具上，讓缸體裝夾保持在均勻受力狀態(tài)，以此來確保缸體鑄造的平整度。第三，鑄造中，需要對加工中心做好氣檢，以此來確保加工穩(wěn)定性。第四，在對缸體表面以及對精密孔進行加工的過程中，應(yīng)通過立方氮化硼刀片和鉸刀來進行加工，以此來確保加工精度與表面平整度，并實現(xiàn)生產(chǎn)效率的進一步提升。第五，需要對加工中心的切削參數(shù)加以合理控制，以此來實現(xiàn)走刀路線的進一步優(yōu)化，讓切削速度得以適當(dāng)提升，確保缸體頂面在進出刀過程中的受力均勻，實現(xiàn)其前后端平面度的良好控制。第六，在完成了大盤銑削之后，需借助于CNC控制程序和大毛刷追加的方式圍繞缸體頂面再刮一遍加工路線，將缸體上的毛刺剔除。第七，將車間溫度控制在20±2℃，將相對濕度控制在40%-60%之間。圖1是其機床加工圖。

3.3 缸孔精加工工藝

在對汽車發(fā)動機缸體進行鑄造的過程中，缸孔精加工同樣至關(guān)重要，因此，相關(guān)企業(yè)以及技術(shù)人員也一定要對此項加工工藝加以高度重視，并使其得以科學(xué)應(yīng)用。因為本次所研究的寶馬汽車發(fā)動機缸體具有非常高的缸孔精度要求，所以在具體加工中，為實現(xiàn)其缸孔加工質(zhì)量的良好保障，就需要在珩磨之前對缸孔直徑公差加以合理控制，并在缸孔入珩之前將缸孔中心的精鏜缸孔調(diào)整到預(yù)設(shè)尺寸。為確保缸孔表面質(zhì)量，精鏜刀選擇的是內(nèi)冷結(jié)構(gòu)。具體加工中，需將產(chǎn)品圖紙作為依據(jù)，做好缸孔直徑精鏜之后的加工余量預(yù)留，其預(yù)留余量在0.04-0.05mm之間，以便后續(xù)的珩磨處理，并根據(jù)具體要求做好粗糙度、圓柱度、垂直度等的控制，使其與設(shè)計圖紙保持一致。

本次主要通過立式珩磨機來進行加工，具體加工中，借助于膨脹機構(gòu)的推動作用，珩磨頭中的油石可實現(xiàn)徑向進給，以此來逐步將工件加工到設(shè)計尺寸。將鉸珩砂條鑲嵌在珩磨頭外周，粗珩可鑲嵌6根，精珩可鑲嵌9根，其長度可控制在缸孔長度的1/3-2/3之間。珩磨過程中，其往返速度保持在25-35m/min之間，換向過程中的加速度越大，形成的圓弧就具有越小的過渡區(qū)域，珩磨網(wǎng)紋也就有越高的質(zhì)量[5]。圖2是缸孔精加工中的珩磨機加工圖。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，在汽車發(fā)動機的設(shè)計與制造過程中，缸體鑄造加工是一項關(guān)鍵內(nèi)容。只有確保缸體的鑄造加工質(zhì)量，才可以充分發(fā)揮出汽車發(fā)動機的應(yīng)用優(yōu)勢，滿足汽車的安全穩(wěn)定運行需求，并實現(xiàn)資源的進一步節(jié)約。因此，在對汽車發(fā)動機中的缸體進行鑄造加工的過程中，相關(guān)企業(yè)與技術(shù)人員一定要對其鑄造加工工藝技術(shù)做到足夠重視，并對其進行深入研究，然后根據(jù)實際情況，結(jié)合實際需求，將相應(yīng)的鑄造加工技術(shù)加以合理應(yīng)用，并做好其中的各項材料、設(shè)備、工藝選擇與參數(shù)控制。通過這樣的方式，才可以實現(xiàn)汽車發(fā)動機缸體的良好鑄造，滿足其實際應(yīng)用需求，促進汽車生產(chǎn)制造技術(shù)在當(dāng)今時代中的良好應(yīng)用與發(fā)展。

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