汽车铝合金缸体缸盖铸造工艺研究现状

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摘 要：对铝合金零件的使用，减轻汽车的重量是节能减排的重要措施之一。缸体缸盖作为汽车中最重要的部件，其结构比较复杂，对于高缸体缸盖的制造水平的提高是非常重要的研究方向。在本文将就缸体缸盖主要铸造方法进行简单的介绍并对铸造工艺的未来发展进行了展望。

关键词：铝合金；铸造工艺；研究现状

一、引言

1.铝合金代替钢铁材料的必要性

就相关数据表明，耗油量与汽车的质量成正相关，一般情况下，汽车质量每降低一个百分点，其耗油量相应的降低0.6到一个百分点。为了缓解能源紧张的局势，以及人们的环境保护意识的加强，节能减排是保护环境最有效的手段之一。而汽车重量的减轻非常好的契合了节能减排这一目的。对铝合金零件的使用可以有效的减轻汽车自重。因此铝合金的应用是汽车零部件行业的未来发展趋势。在一辆汽车中，最重要的部件就是发动机的缸体以及缸盖，而且也是汽车部件中重量比重占得最大的。因此对铝合金的应用可以有效减少汽车的重量。铝合金材料几乎应用在了所有轿车缸体缸盖部分。

2.简述铝合金缺陷

发动机的缸体缸盖作为汽车中最重要的部件，其结构比较复杂，其特点主要有几何形状复杂以及对加工尺寸的加工精度要求高，工作强度高，而工作条件十分恶劣等特征。所以，在生产中，铝合金缸体缸盖铸件的合格率一般很低。

因此，在本文中将就缸体缸盖的制造的只要工艺以及其优缺点进行简要的介绍。

二、缸体缸盖主要铸造方法

1.金属型铸造工艺

金属型铸造工艺是比较传统的对铝合金缸体缸盖进行铸造的工艺，其主要优点是铸件冷却时间短、零件组织细密、力学性能较高等优点；其主要缺点是由于金属性铸造工艺不透气且无退让性，铸造的部件容易产生气孔、裂纹以及浇不足等缺陷。但其总体质量还是明显比砂型铸造质量高。

金属型铸造工艺由于其工艺的特殊性，制造成本相对较高，并且生产周期长，对于单件或小批量生产的零部件一般不采用此种铸造方法。外型上采用金属型铸造工艺，而内腔采用砂芯，这两种工艺相结合使得对缸体缸盖的金属铸造工艺变得相对简单，并且灵活。高压铸造工艺

高压铸造又称压力铸造，其工作原理见下图（图1）：

图1、压铸原理图

压力铸造的主要过程是，通过高压使液态或半液态的铝合金在较高的速度下填满压铸型型腔，并在一定压力下是铸件凝固成型。

高压铸件的主要优点有：较高的精度以及表面光洁度、废品率低、生产效率高等，其主要缺点是不能应用于内腔复杂的零件的铸造。在铸造的过程中要把握对压力以及流速的控制以防止气孔的产生。

2.中压铸造工艺

高温压铸时不能使用砂芯，Toukei公司改进了高压铸造，提出了中压铸造法。中压铸造法的主要原理见图2：

图2、中压铸造工艺原理图

压力铸造的主要过程是，通过对压力的控制使液态或半液态的铝合金在较高的速度下填满压铸型型腔，增高压力即可改变速度，并在一定压力下是铸件凝固成型。

高压铸件的主要优点有：较高的精度以及表面光洁度、废品率低、生产效率高等等，其主要缺点是不能应用于内腔复杂的零件的铸造。在铸造的过程中要把握对压力以及流速的控制以防止气孔的产生。

3.中压铸造工艺

为满足日益提高的发动机功率，发动机缸体结构变得越来越复杂，而由于高温压铸时存在不能使用砂芯的缺点，Toukei公司改进了高压铸造，提出了中压铸造法。此时中压铸造的优点显现的十分明显。中压铸造法的主要原理见图2：

图2、中压铸造工艺原理图。其主要是将压力降低，使中压制造可以使用砂芯，而达到满足对复杂内腔结构的缸体的制造。

4.低压铸造工艺

低压铸造的优点之一包括对铸造材料的利用率高，是综合了重力铸造与压力制造的优势的方法。其主要工作过程是在低压30kp下，铝合金液体由下而上的对型腔进行填充，此方法可以铸造出闭舱结构的缸体。

其主要的优点有：充型速度调节便捷、可以实现方向性凝固、获得铸件的质量高，并且可以使用砂芯，可以实现对复杂内腔结构的铸件的铸造。主要缺点是该工艺的生产周期长，生产效率低并且废品率高。

5.消失模铸造工艺

消失模铸造工艺的基本原理是代替法。其工程是将与铸件形状一模一样的泡沫塑料模代替铸模进行造型。通过浇注铝合金液体使泡沫气化，浇注出的铸件与泡沫塑料外形一致。

消失模铸造工艺的主要优点是：生产周期短，铸件质量高，浇注均匀。但由于消失模铸造工艺其工艺制造复杂，不经济，有其是在前期投入较高，使用范围很小。当大规模大批量生产时，其优越性才显露出来。我国此项技术仅仅在小批量试验阶段，与国外发达国家的制造水平相差甚远。

6.Cosworth法铸造工艺

Cosworth法，中文是冷芯盒砂芯造型。其工作原理如图3所示：

图3、冷芯盒砂芯造型原理

冷芯盒砂芯造型即在一定气氛、压力下的一种锆英树脂的自硬砂组芯造型。主要优点在于：冷芯盒砂芯造型采用锆砂，锆砂的膨胀率稳定并很小，使铸造的铸件尺寸更加精密；动力由电磁泵提供，计算机控制，使铝液充型平稳；浇注过程在保护气下进行，减少了氧化渣的形成。由于其优性使得到的铸件的质量较高。但由于锆砂极好的导热性，对于壁厚小于4mm的铸件难以完成。

三、总结

工厂在选用铸造方法时要根据铸件特点以及工厂自身生产条件选择，铸造出高质量的铸件。经过上述对铝合金缸体缸盖制造工艺的介绍，可以得知，金属型铸造和低压铸造是比较常用的方法，对于较简单的缸体铸件高压铸造也是比较常用的。当缸体内腔结构比较复杂时，一般需用消失模铸造或冷芯盒砂芯造型。

高压铸造在生产简单缸体时有其特有的优越性，例如生产效率高、生产的铸件质量好，所以在较长的时间内，高压铸造工艺不会被替代。低压铸造则是生产缸盖的主要生产工艺。

随着科技的发展，冷芯盒砂芯造型法将会得到优化，其经济性得到提高，其铸造工艺将进一步完善，而在未来消失模铸造或冷芯盒砂芯造型必然是铝合金缸体缸盖制造工艺的主流。

参考文献：

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