【正文】 機械工業(yè)出版社。復(fù)合材料 [M]。 [13] 張志民，栗新。機械工業(yè)出版社。發(fā)動機鋁缸蓋的鑄造方法及常見缺陷控制 [J]。 [9] 蘭冬云，郭敖如。 [8] 向中元。鑄造， 2021， 57（ 10）： 10781080。汽車工藝與材料， 2021，1： 16。轎車發(fā)動機機體的輕量化技術(shù) [J]。 [2] 王華僑，盛學(xué)斌，耿巍麟。相信在不久的將來鋁基復(fù)合材料在汽車發(fā)動機缸體上的應(yīng)用將越來越廣泛。一件產(chǎn)品的制造有廣闊的知識和綜合的能力，以前學(xué)習(xí)的是材料方面的性能和成型方法的相關(guān)內(nèi)容，而 對于成型工藝流程等涉及很少并且對于模具設(shè)計方面的知識也是寥寥無幾。對于性能不符合要求的，必要的話可以進(jìn)行熱處理。 （ 7） 冷卻 壓力鑄造卸壓后，一般應(yīng)立即脫模，故鑄件的出模溫度較高。一般希望把澆注溫度控制在比較低的數(shù)值，因為擠壓鑄 造時希望消除氣孔、縮孔和疏松。若粘模和受力過大，往往會加速模具的熱疲勞，使局部過早地產(chǎn)生龜裂，因此，模具的保養(yǎng)也極其重要。由于粘模，開模時摩擦力加大，其局部拉力成倍提高，使模具局部動作不能準(zhǔn)確自如，造成模具損壞，形成一系列不良影響。保壓時間按照每 lmm壁厚需要 3s時間計算，從產(chǎn)品圖中可以知道壁 厚為 5mm,故其保壓時間應(yīng)在 15s左右。由于使用的油壓機工作進(jìn)給速度較慢，故利用工作行程的速度進(jìn)行壓制。 （ 3）加壓速度 擠壓鑄造要求一定的加壓速度，在可能情況下，以加壓速度快一點為好。如果比壓過小，鑄件表面與內(nèi)在質(zhì)量都不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)；比壓過大，對性能的提高不十分明顯，還容易使模具損壞，且要求較大合模力的設(shè)備。 造成收縮缺陷的原因有： ① 鑄件壁厚不均勻；② 澆注溫度偏高；③ 金屬液收縮傾向較大；④ 金屬型澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理。 (4) 滲漏 滲漏是指缸體、缸蓋在壓力試驗 (水壓 ／氣壓 )時的泄漏現(xiàn)象，多發(fā)生在水套腔或是油道腔。 解決方法 : (1) 在保證能得到健全鑄件而又不產(chǎn)生氣孔等缺陷的鐵液充型溫度下，盡可能采取較低的澆注溫度以減輕砂芯受熱膨脹的程度；同時采用較快的澆注速度，以避免砂芯長時間受到高溫烘烤可能產(chǎn)生的膨脹裂紋； (2) 用于易產(chǎn)生脈紋砂芯 (如水套芯、進(jìn)排氣道芯 )的芯砂原砂預(yù)先進(jìn)行消除相變膨脹處理，或者在砂芯材料中添加一些輔助材料，降低砂芯材料的熱膨脹率；再就是原砂的顆粒組成以三篩或四篩級配，以求砂芯 材料能自身吸收膨脹變形； (3) 必要時，在砂芯材料中使用一定比例的非石英系列砂 (如橄欖石砂、鋯英砂等 )，它們的膨脹率極小，而且導(dǎo)熱性好，使鐵液結(jié)殼時間早于砂芯相變膨脹開裂時間； (4) 提高砂芯材料的韌性和高溫強度； (5) 使用強度、韌性優(yōu)良，且導(dǎo)熱性能好的燒結(jié)型涂料，以增強砂芯表面抗膨脹裂紋的能力。脈紋一旦出現(xiàn)，難以清理。 為此，一是要選取恰當(dāng)?shù)男绢^間隙和斜度并保證下芯和合型的工裝精度，以免碰壞砂型或損壞型芯而將砂粒散落在型腔內(nèi)；二是合型前清理干凈型內(nèi)可能掉人的砂粒 (抽吸法好于吹出法 )。型砂在反復(fù)使用中，微粉含量會越來越高，這會降低型砂的濕壓強度，水分及緊實率則會提高，使型砂發(fā)脆； ② 澆注時砂芯潰散后混入舊砂，未燃盡 的殘留樹脂膜會使型砂的韌性變差，產(chǎn)生砂眼的可能性也增大。截面太小，則澆注速度太慢，鐵液上升速度太慢，上型受鐵液高溫烘烤時間長，容易使型砂爆裂，嚴(yán)重時會成片狀脫落。 合理控制氣孔缺陷的措施有：① 增強模型的排氣；② 液態(tài)金屬去氣后應(yīng)立即澆注，不可停留過久，以防再吸氣；③ 快速凝固，使氣體來不及析出；④ 使液態(tài)金屬在壓力下凝固；⑤ 在鑄型內(nèi)安放過濾片以除去金屬液中的渣和氣體；⑥ 涂料的發(fā)氣量要低，且施涂后一定要充分干燥?；w決定了復(fù) 21 合材料的最基本的性能，增強體可以改善基體的性能。對于圓孔可以用車床進(jìn)行加工。為保證表面粗糙度要求，除應(yīng)選用大功率拋丸室．保證拋丸效果外．還應(yīng)選用 ～ 。鑄件落砂后，最好用機械手將其抓進(jìn)料箱內(nèi)繼續(xù)冷卻一段時間．再進(jìn)行二次落砂。 為了保證砂芯產(chǎn)生的氣體能夠及時、順利地排出，同時保證充型平穩(wěn)，避免卷氣，又考慮該產(chǎn)品為合金鑄鐵，為確保鐵液的充填能力，同時減短水套芯受高溫烘烤的時間，避免水套芯變形， 保證鑄件壁厚均勻，防止產(chǎn)品滲漏。而發(fā)動機缸體要求水壓、氣壓滲漏檢查，要求水套、缸簡壁厚均勻，內(nèi)部無鑄造缺陷，組織均勻。 19 根據(jù)鋁合金不同，嚴(yán)格控制化學(xué)成分及雜質(zhì)含量進(jìn)行配料計算，每一爐料所需的電解鋁液、中間合金及廢料裝入矩形天然氣熔鋁爐中進(jìn)行快速融化后，經(jīng)扒渣、電磁攪拌，取樣分析鋁液的化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)整。砂型必須經(jīng)吹掃干凈、檢查合格后方可進(jìn)入下芯工序。 采用氣沖生產(chǎn)線造型，生產(chǎn)節(jié)拍設(shè)置為 40箱／ }l，氣沖壓力設(shè)定為 0． 5 MPa，確保砂型的緊實度，避免澆注時沖砂。 砂芯制出、修整好后，先浸 (刷 )水基石墨涂料，然后再經(jīng)紅外線烘干爐烘干 (烘 18 干溫度 170～ 180℃，烘干時問 5060 min)。 (4) 為便于合箱和檢驗砂芯，應(yīng)盡量使基本砂芯位于下鑄型。 (6) 鑄件的澆注位置應(yīng)方便造型、下芯及合箱；便于型重要尺寸的檢查，并盡量簡化操作過程，降低鑄件的制造成本，提高勞動生產(chǎn)率。 (2) 對于厚薄不均勻的鑄件，應(yīng)將其厚大部分 朝上，以利于冒扣補縮，實現(xiàn)定向凝固。所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設(shè)備和工時。壓鑄模 具壽命長，一套壓鑄模壓鑄鋁合金，壽命可達(dá)幾十萬次，甚至上百萬次。缸體鑄件尺寸精度高，一般相當(dāng)于 6～ 7級，甚至可達(dá) 4級；表面光潔度好，一般相當(dāng)于 5～ 8級；強度和硬度較高，強度一般比砂型鑄造提高 25％～ 16 30％，但延伸率降低約 70％；尺寸穩(wěn)定，互換性好；可壓鑄薄壁復(fù)雜的鑄件。產(chǎn)品質(zhì)量好，尺寸精度高，強度比砂型鑄造高 20％ 40％。 圖 5 自動砂芯裝配圖 成型工藝的選擇 針對本次設(shè)計選擇高壓鑄造技術(shù)， 缸體壓力鑄造 的實質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄模具型腔，并在壓力下快速成型凝固，以獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的高效率鑄造方法。德國 Alucast 鑄造廠采用 1 種獨特的方法來進(jìn)行冷芯盒砂芯的組裝。它適用于生產(chǎn)各種材質(zhì) 的鑄件。 金屬型鑄造 金屬型重力鑄造工藝特點是將液體金屬用重力澆注法澆入金屬型形成鑄件，鑄件品位比鋁合金砂型鑄造好，是生產(chǎn)較高質(zhì)量鑄件的傳統(tǒng)方法。 b．由于采用鋯砂．其密度和鋁非常接近．而其熱膨脹系數(shù)和普通的硅砂相比又非常小，因此 COSWORTH鑄造工藝可以實現(xiàn)非常高的鑄造精度，氣缸體各處壁厚控制可以非常均勻．氣缸體設(shè)計時就可以少考慮鑄造偏差對氣缸體性能的影響，鑄件的廢品率也比較低。電磁泵的利用率低，經(jīng)過改進(jìn)的 Cosworth 傾轉(zhuǎn)法（圖 4b)， 是從鑄型的側(cè)面注入鋁液直至型腔被充滿為止。 圖 3. 低壓鑄造示意圖 COSWORTH方法 COSWORTH鑄造工藝實際上是砂型鑄造的一種，只不過采用了密度和鋁非常相近的鋯砂并采 用電磁泵加壓．并對澆注過程進(jìn)行精密控制。 13 2）容易形成方向性凝固，內(nèi)部缺陷少，可以獲得完美鑄件。 (2) 采用更科學(xué)、更合理的澆注系統(tǒng) 。但是，即使如此也未必會導(dǎo)致氣缸筒嚴(yán)重變形。 現(xiàn)在對于鋁氣缸體的鑄造方法很多，包括壓力鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造、砂型鑄造、 COSWORTH、消失模鑄造等，并有很多衍生的鑄造工藝。砂芯的制造方法也有所不同。 本次設(shè)計選用 SiC作為鋁基復(fù)合材料發(fā)動機缸體的增強顆粒，是從增強顆粒的性能（如密度，硬度等），制造成本等方面綜合考慮。顆粒增強的復(fù)合材料的力學(xué)性能取決于顆粒的形貌、直徑、結(jié)晶完整度和顆粒在復(fù)合材料中的分布情況及體積分?jǐn)?shù)。在復(fù)合材料中，顆粒增強體的體積含量一般為 15%20%，特殊的也可達(dá)5%75%。 鑄鋁合金的氣密性與合金的性質(zhì)有關(guān)，合金凝固范圍越小，產(chǎn)生疏松傾向也越小，同時產(chǎn)生析出性氣孔越小，則合金的氣密性就越高。合金的收縮性對鑄件質(zhì)量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小、應(yīng)力的產(chǎn)生、裂紋的形成及尺寸的變化。影響流動性的因素很多，主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他污染物的固相顆粒，但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力的高低。本次發(fā)動機缸體設(shè)計的材料選用鋁基復(fù)合材料，以 A356鋁合金為基體， SiC為增強顆粒。 因此擴大鋁合金應(yīng)用可以明顯減輕汽車的自重 ， 降低能耗 。 鋁合金是汽車上應(yīng)用最快和最廣的輕金屬，因為鋁合金本身的性能已經(jīng)達(dá)到質(zhì)量輕、強度高 、 耐腐蝕的要求 。而且，它們的蠕變強度有限，而這種蠕變強度是設(shè)計中必須加以考慮的。 鎂基體 鎂合金在密度方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)點，但其剛度和強度較低。同時蠕墨鑄鐵的密度也很大。用更短的螺栓和螺栓搭子意味著進(jìn)一步減輕發(fā)動機質(zhì)量。蠕鐵的疲勞強度幾乎是灰鐵 2倍，因此在承受同樣負(fù)荷的情況下，可以將氣缸體壁厚大大減小，或者在采用同樣結(jié)構(gòu)尺寸的情況下承受 更大的負(fù)荷。但灰鑄鐵材料的最大缺點是密度大。 在滿足缸體性能要求的條件下，主要介紹幾種較常見的發(fā)動機缸體的材料（灰鑄鐵、蠕鐵、鎂鋁合金），并作做簡單的對比。發(fā)動機缸體輕量化的途徑，首 先是提高升功率，以降低發(fā)動機單位功率的質(zhì)量，除了提高升功率以外，減輕單個零件的質(zhì)量也是發(fā)動機輕量化的重要途徑。缸體是發(fā)動機中重量最重、復(fù)雜程度最高、生產(chǎn)難度最大的關(guān)鍵鑄件，一般都超過發(fā)動機質(zhì)量的 1/4，甚至接近 1/3。研究表明，汽車整備質(zhì)量每減少 100kg，百公里油耗可降低 。 pressure die casting 4 目 錄 目 錄 .................................................................................................................................... 4 第一章 緒 論 ........................................................................................................................ 5 選題的意義 .................................................................................................................5 1. 2 發(fā)動機缸體用的材料 .......................