【正文】 免鑄型在翻轉(zhuǎn)過程發(fā)生錯(cuò)位或損壞。 (3) 對于薄璧鑄件，應(yīng)將薄而大的平面朝下，有條件時(shí)，應(yīng)側(cè)立或傾斜，以避免冷隔、澆不到等缺陷。選擇鑄件的澆注位置，應(yīng)注意以下原則： (1) 鑄件的重要加工面、主要受力面、寬大平面應(yīng)朝下，如果不能朝下，可將其側(cè)立或斜置。既節(jié)省裝配工時(shí)又節(jié)省金屬。一般不再進(jìn)行機(jī)械加工而直接使用。 第三，經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良。例如國產(chǎn) JⅢ 3型臥式冷空壓鑄機(jī)平均 8h可壓鑄 600～ 700次，小型熱室壓鑄機(jī)平均每八小時(shí)可壓鑄 3000～ 7000次。例如，當(dāng)前鋅合金壓鑄件最小壁厚可達(dá) ；鋁合金鑄件可達(dá) ；最小鑄出孔徑為；最小螺距為 0． 75mm。與其它缸體鑄造方法相比，缸體壓鑄 有以下三方面優(yōu)點(diǎn)： 首先是產(chǎn)品質(zhì)量好。但壓鑄設(shè)備投資大，制造壓鑄模費(fèi)用高、周期長，只宜于大批量生產(chǎn)。壓鑄的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，平均每小時(shí)可壓鑄 50～ 500次，可進(jìn)行半自動化或自動化的連續(xù)生產(chǎn)。它的基本特點(diǎn)是高壓 (5150MPa)和高速 (5— 100m/s)。每臺射芯機(jī)生產(chǎn)相應(yīng)的 1 層砂芯 ,除第 1 臺射芯機(jī)外 ,其余的射芯機(jī)皆將制造的砂芯滯留在上芯盒中 ,以便進(jìn)行由上而下的組裝。先制好的 1 底盤砂芯滯留在第 1 套芯盒的下芯盒內(nèi)。 精確砂型鑄造 常溫下在芯盒內(nèi)通氣快速硬化砂芯的“冷芯盒”制芯技術(shù)的應(yīng)用 ,使制芯生產(chǎn)率和砂芯尺寸的可預(yù)見性得以提高 ,精確砂芯組芯造型 (即精確砂型 ) 一定程度上取代常用于 生產(chǎn)鑄鐵及鑄鋁汽車件的粘土砂型及金屬型。 消失模鑄造采用遇液體金屬后即氣化的泡沫塑料作模樣 ,無分型面 ,不用取模 ,不用砂芯 ,采用無水分、無粘結(jié)劑、無附加物的干砂造型 ,可以生產(chǎn)薄壁、零度拔模斜率的復(fù)雜鑄件 ,還可直接鑄出螺紋及曲折的通道，可以減少 15 機(jī)械加工工序。澆注時(shí)在液態(tài)金屬的熱作用下，泡沫塑料分解氣化，金屬液取代原來泡沫模型所占據(jù)的空間位置，在隨后的凝固過程結(jié)束后獲得所需的鑄件。 國外鋁缸體金屬型重力鑄造生產(chǎn)線包括： 1）多工位轉(zhuǎn)臺或多工位直列式大批量鑄造系統(tǒng)； 2）通用型液壓全自動控制的金屬型重力鑄造機(jī)； 3）全自動澆注機(jī)器人、全自動下芯機(jī)械手和全自動取件 機(jī)械手等輔助自動化系統(tǒng)； 4）配合自動化生產(chǎn)的多種物流輸送管理系統(tǒng)； 5）適宜多種制芯工藝而無需焙燒直接落砂的雙工位高頻振動落砂機(jī)； 6）多工位水密壓力檢測設(shè)備。例如．采用 COSWORTH方法可以非常嚴(yán)格地控制氣缸體主軸承座，相鄰缸套之間部位的鑄造質(zhì)量。圖 7所示為鋯砂和硅砂以及鑄鐵熱膨脹率的對比．從圖中可以看出，鋯砂的熱變形率只有硅砂的 1/6左右，并且在溫度高于 500℃以上時(shí)熱膨脹率沒有突變。 圖 4 COSWORTH方法 與其他鑄造工藝相比． COSWORTH工藝用于氣缸體設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 14 a．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以非常靈活，對氣缸體的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)幾乎沒有任何限制，在設(shè)計(jì)中可以考慮將包括油道．水道、回油孔等細(xì)小的結(jié)構(gòu)直接鑄造出來，大大降低機(jī)加成本。隨后將整個(gè)鑄型傾轉(zhuǎn) , 此時(shí)電磁泵仍在工作 , 當(dāng)鑄型被傾轉(zhuǎn) 180176。以代表性的 缸蓋鑄件為例 ,充型和凝固時(shí)間約為 ,其中充型時(shí)間僅為 10 s～ 12 s。 Cosworth 法（圖 4a,b）：將鋁液從保溫爐輸送到型腔中時(shí)沒有能形成新的氧化膜的攪動 。大量生產(chǎn)轎車缸體、缸蓋時(shí) ,需要多臺機(jī)器和多套模具。 3）可以使用砂芯。 低壓鑄造的 優(yōu)點(diǎn)： 1）鑄造材料利用率非常高，可以大幅度降低材料費(fèi)和加工費(fèi)。 (3) 采用半固態(tài)金屬來代替液態(tài)金屬。 以下途徑可以改善壓力鑄造的缺點(diǎn) : (1) 在壓室和壓型中采用真空 。此外，壓鑄快速的充型過程易導(dǎo)致氣泡的生成， 充填型腔的鋁液流速高而引起的紊流將 空氣和氧化膜卷進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)中 ,使鑄件的內(nèi)部致密性差。這意味著氣缸筒缺乏徑向的支撐。 壓力鑄造 壓鑄能以很短的節(jié)拍、精細(xì)的表面質(zhì)量和精確的尺寸實(shí)現(xiàn)鑄件薄壁結(jié)構(gòu)。如果生產(chǎn)件數(shù)較高，那么壓鑄是一種經(jīng)濟(jì)的解決方案。當(dāng)今在大批量生產(chǎn)中最為常用的是砂型重力鑄造和壓鑄。 鋁合金缸體的鑄造工藝從原理上可以分成多次使用的鑄型（金屬型）和一次使用的鑄型（砂型）。 成型工藝 成型工藝 的種類 材料選擇的不同會使發(fā)動機(jī)缸體的性能不同，同樣不同的工藝過程會使材料的性 12 能不同，工藝的進(jìn)步會帶來產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步，可以直接體現(xiàn)在產(chǎn)品的性能、減重、成本、耐久性等各個(gè)方面。 常用的顆粒增強(qiáng)體的性能見表格 2， 表 2 用的顆粒增強(qiáng)體的性能 顆 粒 名 稱 密 度 / 熔 點(diǎn) /oC 熱膨脹系數(shù) /x106/oC 硬 度 / 彎曲強(qiáng)度 /MPa 熱導(dǎo)率 /() 碳化硅 （ SiC) 2700 2700 400500 碳化硼 (B4C) 2450 3000 300500 碳化鈦 (TiC) 3200 2600 500 氧化鋁 (Al2O3) 2050 氮化硅 (Si3N4) 2100 分解 8993HRA 900 莫來石() 1850 3250 約 1200 硼化鈦 （ TiB2） 2980 常用于鋁基體中作增強(qiáng)顆粒的有： SiC、 TiC、 Al2O3等。 選用顆粒增強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)是：材料的選擇方便，成本低，易于批量生產(chǎn)。剛性顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料具有較強(qiáng)的高溫力學(xué)性能，是制造切削刀具、高速軸承零件、熱結(jié)構(gòu)零部件等的優(yōu)良候選材料；延性顆粒主要是金屬顆粒，加入到陶瓷、玻璃和微晶玻璃等脆性基體中，目的是增加基體材料的韌性。 按變形性能，顆粒增強(qiáng)體可以分為剛 性顆粒和延性顆粒。m。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞，還與鑄造工藝有關(guān)，如降低鑄鋁合金澆注溫度、加快冷卻速度以及在壓力下凝固結(jié)晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高。 （ 3）氣密性 鋁合金缸體氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性實(shí)際上表征了鑄件內(nèi)部組織致密與純凈的程度。通常鑄件收縮又分為體收縮和線收縮，在實(shí)際生產(chǎn)中一般應(yīng)用線收縮來衡量合金的收縮性。一般講，合金從液體澆注到凝固，直至冷卻，共分為 3個(gè)階段，分別為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。實(shí)際生產(chǎn)中，在合金已確定的情況下，除了強(qiáng)化熔煉工藝外，還必須改善金屬型模具排氣及溫度，并在不影響鑄件質(zhì)量的前提下提高澆注溫度，保證合金的流動性。在鋁合金中共晶合金的流動性最好。 發(fā)動機(jī)基體鋁合金 A356的成分，如表格 1所示 10 表 1 基體鋁合金 A356的成分 Si Mg Fe Cu Mn Zn Ti 其他 Al ～ ％ ～ ％ ≤0％ ≤0％ ≤0％ ≤0％ ≤0％ ≤5％ 91.15% 鋁合金的鑄造性能 （ 1）流動性 流動性是指合金液體的填充鑄型能力。以鋁基復(fù)合材料來制備發(fā)動機(jī)缸體在發(fā)動機(jī)輕量化，節(jié)能等各方面的要求；并且隨著復(fù)合材料的迅速發(fā)展而發(fā)展。 灰鑄鐵，蠕墨鑄鐵和鋁，鎂基體的相關(guān)物理性能的比較如圖 1所示： 圖 1 四種材料的性能數(shù)據(jù) 9 第二章 發(fā)動機(jī)缸體的設(shè)計(jì) 發(fā)動機(jī)缸體的產(chǎn)品圖 所設(shè)計(jì)的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品圖如圖 2下所示： 圖 2 產(chǎn)品圖 基體的選擇 現(xiàn)代汽車生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展，對材料提出越來越高的要求。 另外 ， 由于鋁合金密度低 、 強(qiáng)度性能與灰鑄鐵相近 ， 韌性卻高于灰鑄鐵 ， 且有良好的鑄造性能 。 鋁合金通過強(qiáng)化合金元素使其強(qiáng)度大大提高 ， 由于質(zhì)輕 、散熱好等特性 ， 完全滿足了發(fā)動機(jī)活塞 、 氣缸體和氣缸蓋在惡劣環(huán)境下的工作要求。美國福特公司， 1993年開始生產(chǎn)鋁缸體，到 1997年缸體產(chǎn)量已達(dá) 50萬套，占總量的 12％。這些缺點(diǎn)可以通過改善結(jié)構(gòu)加以補(bǔ)救，但這將使成本上升得更高。此外，鎂合金的耐磨性較差，不能滿足氣缸筒表面的要求。不過，在彈性模量和強(qiáng)度相對于密度的比值方面具有非常良好的結(jié)果，完全勝任輕型結(jié)構(gòu)材料的角色。而且鋁鑄什生產(chǎn)技術(shù)日臻 成熟，故鋁鑄造的發(fā)動機(jī)缸體越來越受矚目。 在汽車“輕量化”壓力下（有盡量高的功率比，即缸體質(zhì)量 (k)與發(fā)動機(jī)功率 (馬力 =735w)之比越低越好。目前限制蠕墨鑄鐵缸體發(fā)展的原因有：一是產(chǎn)品設(shè)計(jì)師對蠕鐵了解不深，不可能根據(jù)蠕鐵特點(diǎn)來改進(jìn)缸體甚至是發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)；二是鑄造廠穩(wěn)定生產(chǎn)蠕化率大于 80％的蠕鐵尚有一定困難。 與灰鑄鐵相比，蠕墨鑄鐵缸體有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 發(fā)動機(jī)功率 缸徑變形小且均勻，并可降低活塞環(huán)的張力，能夠減小摩擦，降低缸套的磨損和機(jī)油消耗； (2) 缸徑的膨脹 缸徑的膨脹小 18％～ 28％，因 此可降低機(jī)油消耗以及有害氣體的泄漏； 7 (3) 缸徑的圓度 蠕墨鑄鐵剛性高，所以裝上缸蓋后缸徑的圓度比灰鑄鐵至少要好 40％； (4) 密封性 蠕墨鑄鐵缸體的缸徑應(yīng)變小，與灰鑄鐵相比漏氣投機(jī)油消耗均大大降低； (5) 漏油 蠕墨鑄鐵的拋光好，發(fā)動機(jī)和壓油部件的漏油可減少 20％； (6) 輕量化 蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度和剛性都高，留有改進(jìn)設(shè)計(jì)、減輕重量的足夠余地．發(fā)動機(jī)缸體改進(jìn)設(shè)計(jì)后，缸體重量減輕丁 30％； (7) 噪聲、振動減振性與灰鑄鐵大致相同，而噪聲減少 8％～ 18％； (8)氣缸間壁厚蠕墨鑄鐵強(qiáng)度可達(dá)灰鑄鐵的兩倍， 有利于壁厚的減薄。蠕鐵的強(qiáng)度更好，因此可以減小相關(guān)螺栓的旋合長度。蠕鐵的鑄態(tài)穩(wěn)定性非常好，可以在設(shè)計(jì)中采用較低的安全系數(shù)，這就意味著可以進(jìn)一步減輕發(fā)動機(jī)質(zhì)量。實(shí)際上蠕鐵早在 20世紀(jì) 40年代就被發(fā)現(xiàn)，但由于石墨的蠕化工藝極其不穩(wěn)定．因此一直沒有在發(fā)動機(jī)重要零部件上得到應(yīng)用。傳統(tǒng)缸體的材質(zhì)都選用高牌號灰鑄鐵，大多數(shù)為 HT250級， 一部分為HT300級。所以，迄今絕大多數(shù)發(fā)動機(jī)氣缸體都采用灰 鑄鐵。 灰鑄鐵 傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)缸體的材料是灰鑄鐵。 對缸體鑄件有如下要求： （ 1） 有足夠強(qiáng)度、剛度和致密性 ； （ 2） 輕量化 ； 6 （ 3） 形狀準(zhǔn)確 ， 尺寸精度高 ； （ 4） 鑄件內(nèi)外表面光潔 ； （ 5） .有良好的加工性能 。目前，減輕傳統(tǒng)的灰鑄缸體質(zhì)量有 2條途徑：一是改進(jìn)結(jié)構(gòu)；二是采用鋁合金或鋁基復(fù)合材料?，F(xiàn)代汽車對發(fā)動機(jī)的要求是輕量化、功率大、省油、噪音小、無有害排放等，這些要求毫無疑問都要分解到各個(gè)零部件上，缸體是首選零件。早在 40 多年前，就已經(jīng)有生產(chǎn)鋁基體發(fā)動機(jī)