汽车发动机缸体的铸造工艺
铸造
Ｏｃｔ．２００８
ＦＯＵＮＤＲＹ
Ｖ０１．５７
ＮＯ．１０
汽车发动机缸体的铸造工艺
黄政
（重庆大江工业集团铸锻公司。重庆４０１３２１）
摘要：根据１．５Ｌ发动机缸体铸件的结构特点，结合生产实际条件，采用中注式浇注系统、卧浇、一箱两件的工艺方
案，利用大孔出流理论对浇注系统进行优化设计，设计出了１．５Ｌ缸体完整的铸造工艺。该工艺设计方案在提高生产效率的同时，还保证了产品质量，生产出的铸件合格率达到９８．５％以上。
关键词：缸体；铸件；工艺设计
中图分类号：ＴＧ２４文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－４９７７（２００ｓ）１０－１０７８－０３
ＣａｓｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆＡｕｔｏＥｎｇｉｎｅＣｙｌｉｎｄｅｒ
ＨＵＡＮＧＺｈｅｎｇ
（Ｃａｓｔｉｎｇ－ＦｏｒｇｉｎｇＣｏ．。Ｌｔｄ．，ＤａｊｉａｎｇＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＧｒｏｕｐ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１３２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅ１．５Ｌｅｎｇｉｎｅｃｙｌｉｎｄｅｒｃａｓｔｉｎｇａｎｄｏｕｒｃｏｍｐａｎｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｐａｎｉｎｇ．１ｉｎｅｇａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ。ｈｏｒｉｚｏｎｔａＩｃａｓｔｉｎｇａｎｄｔｗｏｐｉｅｃｅｓｐｅｒｍｏｕｌｄｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄ。ｔｈｅｇａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｏｆｔｈｅｆａｒｇｅｏｒｉｆｉｃｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｆｏｕｎｄｒｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆ１．５Ｌｅｎｇｉｎｅｃｙｌｉｎｄｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｎｏｔｏｎｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ｂｕｔａｌｓｏｉｎｓｕｒｅｓｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｓａｎｄｔｈｅｐｅｒｃｅｎｔｏｆｐａｓｓｏｖｅｒ９８．５％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｃａｓｔｉｎｇ；ｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎ
随着现在社会对环境越来越重视，对汽车尾气的排放标准提出了更高要求。为了满足这种要求，各主２工艺设计
机厂加大了对发动机的研发力度，现在大多数厂家都２．１制芯工艺
采用了多气门电喷发动机。缸体是发动机的重要部件所有砂芯均采用覆膜砂制芯，除水套芯、油道芯之一，随着汽车发动机技术的发展，对发动机缸体的为高强度覆膜砂外，其余为低强度覆膜砂，具体覆膜尺寸精度和力学性能要求越来越高，因此对缸体铸件砂性能见表ｌ。
的产品质量提出了更高的要求。
表１覆膜砂性能
我公司为某主机厂新开发一种１．５Ｌ汽车发动机缸
Ｔａｂｌｅ１Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｒｅｃｏａｔｅｄｓａｎｄ
体，产品内腔形状复杂，铸件最大轮廓尺寸为４００Ｈｌｒｎｘ
热抗托强度热抗弯强度常温抗拉强度发气量灼烧减量
类别
３２０ｍｍｘ２５３
ｍｍ，重量３８ｋｇ，材质为ＨＴ２５０。加工后
．／ｈ／［Ｐａ，～口Ｐａ／Ｍ，ｈ
／（ｍ１．ｇ－１）
（％）
缸筒壁厚５ｎ＇ｌｌＴｌ，最小壁厚３ｌ／ｉｒａ，并要进行水压、气压渗漏检查，所以要求铸件的力学性能好，组织致密，尺寸精度高，属于典型的复杂薄壁铸件。
采用Ｚ８０２５射芯机热芯盒法制作缸筒芯，将射砂口１工艺条件概述
设置在缸筒方向，为了减轻缸筒芯的重量，减少砂芯发气量，便于砂芯排气，利用下顶芯机构，设置了减我公司铸铁分厂是专业生产汽车发动机缸体的单重模，从曲轴室方向对砂芯进行抽空，尽可能地减少位，设计生产能力为每年３０万台。拥有从西班牙进口的砂芯的重量，这样既减少了砂芯的发气量，又方便设气冲造型线和砂处理系统，造型线为水平分型，砂箱内置砂芯的排气通道；用Ｚ８０４０射芯机热芯盒法制作水套尺寸１
２００ｍｉｎｘ８００
ｍｍｘ（３５０／３５０）ｍｍ；另配套有各种
芯，用Ｚ８６１２射芯机热芯盒法制作油道芯；用２７．７．８６２５
型号的热芯盒射芯机３０余台，所有的砂芯都用热芯盒制射芯机热芯盒法制作端芯、浇道芯和定位芯，利用其
芯；熔炼设备为德国容克公司５ｔ变频感应炉；并有铸件上下分模的结构，将砂芯的背部减空，这样既减少了清理生产线、烤漆生产线、热处理炉等配套设备。
覆膜砂的用量，又减少了砂芯的发气量，同时增大了
收稿日期：２００７－０９－２７收到初稿，２００８－－０９－０５收到修订稿。
作者简介：黄政（１９６７－）．男，重庆人。工程师，主要从事铸造工艺设计工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｚｈｅｎ９１９６７（孕１６３．ｃｏｉｎ
铸造
砂芯的排气通道。
黄政：汽车发动机缸体的铸造工艺
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孑Ｌ全部引穿。砂型必须经吹扫干净、检查合格后方可进入下芯工序。２．４下芯工艺
为了保证铸件的整体精度，将组合好的砂芯放在下芯胎具上，利用下芯胎具对砂芯的组合质量进行检查，然后用专用下芯吊具将砂芯下入砂型中。
为了确保下芯过程的平稳性，对下芯吊具进行了专门设计，设计为三层框架结构，保证下芯吊具与下芯胎具定位准确后，吊具才能抓取砂芯，下芯吊具与砂箱定位准确后，砂芯再下人砂型内，确保了砂芯在砂型内的位置准确无误，从而保证了铸件整体的尺寸精度。２．５熔炼、浇注工艺
我公司采用变频感应炉熔炼。在熔炼过程中电磁搅拌能力强，避免了铁液成分不均匀，通过高温过热后镇静，将熔渣可以全部清除，所以铁液质量稳定。同时变频感应炉熔炼铁液的温度也可以得到有效的保证。
由于产品材质属于合金铸铁，又属于薄壁件，为了保证铁液的顺利充型，采取较高的出炉温度（１
１
４７０～
砂芯制出、修整好后，先浸（刷）水基石墨涂料，然后再经红外线烘干炉烘干（烘干温度１７０～１８０℃，烘干时问５０－－６０ｍｉｎ）。出炉后，等待浇注时间原则上不超过８ｈ，避免水基石墨涂料吸潮而增大砂芯的发气量。２．２组芯工艺
由于覆膜砂芯表面致密，内部较疏松，为了确保水套芯排气通畅，采取组芯前，先在工艺水孔处芯头上钻出少６ｍｍ通气孔的方法来排气。
为了保证铸件缸筒和水套的壁厚均匀，首先将水套芯、油道芯和定位芯在专用夹具上组合在一起，采用热熔胶粘接，然后再与缸筒芯和端芯进行组合，二次组合不用粘接，而靠砂芯芯头相互定位，这样易于更换，避免因个别砂芯损坏而造成砂芯整套报废，详见图ｌ、图２。
４８０℃）；孕育方式采用包内冲入法，一包铁液浇注
４３０—１
四箱，浇注温度控制在１
图ｌ一次砂芯组合图
Ｆｉｇ．１ＴｈｅｓａｎｄＣＯｒｅａｆｔｅｒｔｈｅｆａｓｔｔｉｍｅａｓｓｅｍｂｌｙ
４５０℃的范围内。同时
为了避免在浇注过程中带人熔渣、浮砂等杂物，在横浇道和分支直浇道搭接处安放了纤维过滤网。
根据用户要求，铸件材质为铜．钼合金，具体化学成分见表３，力学性能、金相组织见表４。
表３缸体的化学成分
Ｔａｂｌｅ３Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒ
Ｃ３．２－３
５
１
ｗＢ（％）Ｍｏ０
Ｓｉ
８－２．２
Ｍｎ
Ｏ８～ｌ
Ｏ
Ｐ＜００９
Ｓ
＜Ｏ．１２
Ｃｕ
Ｏ３￣０５
ｌ埘２
表４缸体的力学性能、金相组织
幽２二次砂芯组合图
Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｓａｎｄ
ｃｏｒｅ
Ｔａｂｌｅ４
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒ
ａｆｔｅｒｓｅｃｏｎｄｔｉｍｅａｓｓｅｍｂｌｙ
２．３造型工艺
采用气冲生产线造型，生产节拍设置为４０箱／｝ｌ，气冲压力设定为０．５ＭＰａ，确保砂型的紧实度，避免浇注时冲砂。为了提高生产效率，结合砂箱尺寸，采用了一箱两件的工艺。另外，气冲造型线的分型方式为水平分型，因此要求工艺必须设置为卧浇工艺，而使用的型砂为湿型砂，型砂配比及性能见表２。
表２型砂配比及性能
Ｔａｂｌｅ２Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｏｌｄｉｎｇｓａｎｄ
力学惟能金棚封ｌ织
抗拉强度，ｑ、，ｌＰａ硬度ＨＢ石墨形态石墨等级珠光体含量共品团数鞋
＞２５０
２０ｌ一２５５Ａ＋Ｃ＜５％４－５
＞９０％
３－５
２．６浇注系统设计
２．６．１
浇注系统类型的选定
由于中注式浇注系统具有冲型平稳，铁液对砂芯
的浮力较小，抗气孔、夹渣能力强，抗缩松（孔）、渗漏能力强的特点，且内浇道在轴承座处，该处全部是砂芯形成，强度较好，浇注时不会发生冲砂现象，且采用卧浇工艺时水套芯在浇注过程中所受的浮力较立
０．Ｊ加．２
３．６－－－４．０１００～１７０３２－，－４５＜１３
配比（％）新砂旧砂膨润土ＦＳ粉水
ｌ～３９７－９９Ｏ．５～Ｊ．５
忭能
湿压强度／ＭＰａ
浇工艺大【ｎ。而发动机缸体要求水压、气压渗漏检查，要求水套、缸简壁厚均匀，内部无铸造缺陷，组织均匀。根据以上原因分析，结合我公司的生产经验和产品结构，我们决定选用中注式浇注系统。２．６．２浇注系统和溢流冒口的结构设计
虽然大多数生产汽车发动机缸体铸件的厂家都采
水分慨Ｊ
透气性紧实率（％）含泥齄（％）
０．２加．５
＜４．０
为了保证砂刑的排气性能，造型后将所有的排气
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用一箱一件的生产工艺，但由于我公司铸铁生产线的砂箱较大，若采用一箱一件的生产工艺，既降低了生产效率，又造成了原材料和人工的浪费，增加了生产成本，因此我们决定采取～箱两件、卧浇的工艺方案。
为避免两个铸件在浇注、凝固过程中相互影响、相互干涉，影响产品质量，我们设置了浇道芯，在第一次横浇道和第二次横浇道之间设置扁平浇道来平分铁液；将第二次横浇道、分支直浇道和内浇道看成～个独立的浇注系统，将阻流截面设计在分支直浇道根部，每个铸件在１、２、４、５轴座上设置内浇道。为了防止铁液在充型过程中冲刷外型，我们将内浇道设计成向上倾斜一定的角度，为避免内浇道过长，我们将分支直浇道向铸件方向倾斜一定的角度；由于内浇道和分支直浇道形成的角度较大，为减少浇注过程中的
动压力，在内浇道和分支直浇道结合处设置了一个缓
冲窝，避免浇注时冲砂。
由于砂芯均采用覆膜砂，整体发气量大，因此外型排气系统必须以大排气为原９ｌｌｌｌ２１。首先在缸筒的顶面设置了４个独立的溢流冒口，同时在冒口顶端设置出气棒，这样既可以使型内的气体顺利排出，又避免了浇
注过程中在缸筒壁处产生汇流、卷气，确保铸件缸筒
部位无缺陷。同时为了减少铸件本体上的出气针数量，减少清理工作量，在曲轴室法兰边处设置了明冒口，由于该部位是铸件较高处，又是铁液最后充填的地方，因此有利于浇注时气体顺利地排出。
为了保证水套芯产生的气体顺利排出，在外型工艺孔处设置了出气针与水套芯内设置的排气通道相通，为防止铁液从芯头配合处钻人砂芯内的排气通道，在关键部位安放了封火垫。为了便于缸筒芯、端芯、定位芯产生的气体顺利排出，我们在外型的四角设置了较大的出气棒直接通出砂型外。浇注系统、溢流冒口的具体结构见罔３。我们根据大孔出流理论圈，结合我公司生产同类产品的成功经验，采用封闭—开放式浇注系统。为了保证砂芯产生的气体能够及时、顺利地排出，同时保证充型
馘℃矿气７：：流啪≮瓣道弋矿气７贰据道
分支直浇道
上下
刈
出气针
缓冲窝
图３浇注系统、溢流冒口结构图
Ｆｉｇ．３Ｓｍａｃｍｒｅｏｆｔｈｅｇａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｏｖｅｒｆｌｏｗｒｉｏ盯
平稳，避免卷气，又考虑该产品为合金铸铁，为确保铁液的充填能力，同时减短水套芯受高温烘烤的时间，避免水套芯变形，保证铸件壁厚均匀，防止产品渗漏，我们选定了中速充型的工艺方案。经过详细地计算，确定
相应各单元的截面积为Ｆａ＞Ｆ阻＜，内＜Ｆｗ平＜凡（二ＪⅫ’横（一Ｊ，其截面比为：∑厢：∑厢：∑如：乏％平：∑，＇椒二）：∑，．橼一）－１．５：ｌ：
１．３：１．８：２：２．２。浇注时间设定为１６－－１８
ｓ。
３结语
在１．５Ｌ汽车发动机缸体的工艺设计中，采用卧浇、中注式浇注系统的工艺方案，只要采用合理的浇注系统，选定合适的工艺参数，采取有效的措施，一箱两件是可行的。通过实际生产验证，该工艺生产出的铸件铸造缺陷很少，铸造、机加合格率均达到了９８．５％以上。同时，由于采用了一箱两件的工艺方案，使生产效率有了很大的提高。
参考文献：
【ｌ】刘文川．马全．车用发动机气缸体类铸件的浇注工艺【刀．铸造技
术，２００１（６）：２５—２７．
【２】中国机械工程学会铸造分会．铸造工艺手册（第二版）嗍．北
京：机械工业出版社，２００３．
【３Ｊ魏兵，等．铸件均衡凝固技术及其应用【Ｍ】．北京：机械工业出版
社，１９９８．
（编辑：刘冬梅，ｌｄｍ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ）
２．７工艺参数的选定