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几种典型的汽车铸件
来源:[互联网] 发布日期:2010-10-27 浏览次数:278

1、缸体 
  汽车上最重要、最复杂的铸件位于汽车的心脏--发动机上。为防止汽车有“心脏病”,发动机上的主要铸件的质量尤为重要。缸体便是发动机上最大、最复杂的铸件,其壁厚最薄处往往不到3mm,大多用高强度灰铸铁铸造,也有蠕墨铸铁的。由于汽车轻量化的进展,采用铝合金的也越多,有的汽车制造厂家甚至开始考虑用镁合金铸造缸体。生产缸体所用的铸造方法因材质不同,因各厂家条件不同而有多种选择,包括湿砂造型中的气冲造型,静压造型、高压多触头造型、无箱挤压造型、震压造型等,对于铸铝缸体,则采用低压铸造、消失模铸造、挤压铸造(用铝基复合材料的预嵌缸套),压铸(用抗铝液冲击的DOULER砂芯等)以及半固态铸造等,还有采用砂型铸造的(如DISA造型工艺)。 
  目前,对于铸铁材质的缸体而言,应用最广的仍然是湿砂造型,尤其是气流预紧实的静压或气冲造型的出现,更体现出很多优越性--能耗低、噪声小,污染少、效率高、运行可靠。近来,国外设备制造厂家对造型机又不断改进,先后出现气冲压实,气流增益气冲加压实,静压加压实、主动多触头压实、成型挤压压实等改进方式,使砂型硬度更加均匀化。随着大功率半导体元器件及计算机,微电子技术的发展,采用电伺服系统代替造型线惯常所用的液压、气动驱动,使造型线节拍进一步加快,并且运行可靠性大大提高,同时明显地简化了液压控制系统,使维护保养工作量也相应减少。造型线采用双筒式落砂机,则可使铸件和浇冒口在落砂的同时得到预清理。造型线的浇注往往制约全线的开动率,应采用自动浇注设备。有的厂家采用气压浇包和接触式浇注工艺,有利于节约铁水,保证质量和保护砂箱,浇注过程中采用随流孕育的较多,有的采用型内孕育与过滤相结合。 
  缸体是采用砂芯最多的汽车铸件。除了水套砂芯薄而复杂,依各厂条件不同,分别采用冷芯盒制芯,热芯盒制芯或壳芯制芯外,其它的砂芯--包括曲轴箱砂芯-、缸筒与顶端砂芯、前后端面前砂芯等大多采用冷芯盒制芯,以保证尺寸精度和节能,冷芯盒应用越来越广泛。冷芯制芯以ISO CURE 三乙胺硬化法居多(新近,美国又开发出更先进的ISO MAX),SO2 法硬化另有其优点。而温芯盒制芯法则是节能和环保两种优点兼而有之。加强制芯单元的密封和通风很有必要,而开发与应用无毒、无污染的环保型树脂粘结剂更显重要。为提高铸件内表面质量和内腔清洁度,砂芯应涂料。用水基涂料取代醇基涂料有利于防污染。涂料后采用微波烘干效率高、节能,砂芯质量也比传统的用煤气、天燃气烘干好。传统的烘干使砂芯涂料的水汽向砂芯内部扩散,使砂芯强度下降,而微波烘干则无此弊端。采用KCY-CORE工艺,利用砂芯上开设的工艺孔,二次填砂固化,使多个砂芯为一个整体组合砂芯,然后整体涂料、烘干,这样铸件尺寸精度可大大提高,总体尺寸误差可〈。采用计算机控制的“制芯中心”可使全部制芯过程实现自动化。缸体的砂芯甚多,为了减少芯砂对型砂性能的影响和加强对环境保护,应大力推行芯砂再生回用。尤其采用热法再生,可使石英砂经焙烧相变后,高温膨胀率大为下降,用这样的再生砂来制芯,比新石英砂更能保证铸件质量,再生砂的使用也降低了生产成本。 
  缸体造型所用的型砂,其混砂设备有碾轮式、摆轮式、叶片式等。有的厂家采用双盘碾轮式连续混砂机,有的采用逆流转子式混砂机,混砂效率都较高。同时安装有型砂性能在线控制仪来保证混砂质量。在型砂系统中,尚有旧砂磁选设备、砂块破碎设备和筛分设备及旧砂冷却设备来保证回用旧砂的质量。同时对新砂、煤粉、膨润土等添加材料,准确定量,按工艺确定的比例给料,并根据实时控制的数据随时调整加水量,确保型砂性能。也有采用对全系统型砂的性能进行闭环实时控制或型砂质量计算机在线专家系统控制的。应注意,型砂系统的型砂周转量较大,惰性较强,型砂性能的调整应以趋势来判断,采用有预见性的调整措施,以保证型砂系统的质量稳定。为了环保,应着手旧砂再生和废砂的综合利用。 
  对于铸铁材质的缸体,所用的熔炼设备大多为冲天冲--感应炉双联熔炼,也有采用感应炉--感应炉双联熔炼。用电弧炉作为保温炉的在减少,而变频感应炉作为保温炉的在增加,为了节能和环保,冲天炉宜采用水冷热风除尘冲天炉,热风可以提高铁水温度与质量及熔化率。用具有高发热值的铸造焦取代冶金焦对提高铁水温度,保证铁水质量,提高熔化效率是很必要的。炉料的预净化处理是必须的。冲天炉的熔化过程控制可采用微机集散式控制系统。冲天炉熔炼铁水的检测采用测温仪、碳当量检测仪和化学成分直读光谱仪等。清洁、长寿命的耐火材料有利于提高冲天炉衬寿命和环保。冲天炉熔炼的废渣的综合利用有利于减少排放污染。 
  缸体铸件经去除浇冒口后,在清理线上磨各面,然后经鼠笼式抛丸室清理。对于多品种缸体宜采用夹持式高效抛丸清理机进行抛丸。然后手工对缸体逐个精整及吹净水套内腔残留物。经尺寸检查、气密性试验、铣加工定位点及终检后进行涂漆或其它防锈处理,成为用户要求的合格缸体铸件。
2、缸盖 
  缸盖也是汽车上既复杂又关键的铸件,发动机的燃烧室、进气口、排气口都位于缸盖上。缸盖的材质可以是高强度灰铸或蠕墨铸铁,但应用最广的还是铝合金缸盖,而镁合金缸盖也开始使用。缸盖的铸造方法较多,诸如:砂型铸造、金属型重力铸造、低压铸造、消失模铸造、压铸(采用DOULER砂芯等)和新兴的半固态铸造等。  
  今以金属型重力铸造铝缸盖为例。缸盖的外形皆由金属型形成,可采用计算机自动控制金属型的型温。部分内腔由砂芯形成,砂芯的制造工艺与前述缸体的制芯过程基本相同,主要是芯砂粘结剂和砂芯涂料不同。 
  铝合金熔化可采用反射炉,但氧化、吸气严重,烧损失、温度难控、浪费能源、污染环境。采用感应电炉时,铝水在炉内的翻腾有利于成份均匀化,但感应炉磁场对测温仪有干扰,感应炉的维修较难,值得广为采用的是连续高效燃气炉,可实现炉料预热、连续熔化、成份均匀、温控精确、节约能源、适于大量生产。应注意炉料要洁净,除用一般的铝液清炼,变质处理方法外,可采用铝合金熔剂喷吹综合处理装置--使精炼、变质、品粒细化一步完成。缸盖的传统浇注方式为底注式,便于铝液的平衡充型。现在多采用顶注式,与铸型的冷却系统相配合。更便于顺序凝固的形成,从而显著提高铸件的致密性。浇注过程中铸型的排气要通畅,多采用自动浇注--包括单机式,双机组式以及多机组直列式。而多工位转盘式浇注机更适合大批量生产,但投资大。多机组旋转式浇注机则投资较少。用长效锶变质剂时,采用定量保温浇注炉效果更佳。铝液铸型的维护保养很重要,可定期用喷射小颗粒干冰的方法来清除铸型的积垢,此法简便易行,不污染环境。
  浇注后的铝缸盖铸件在清理线上锯掉浇冒口、铣平面,经渗漏试验后,往往经粗加工和铣加工定位点之后再发往用户。 
3、变速箱壳体 
  卡车变速箱壳体材质多为灰铸铁,也有用蠕墨铸铁的,普遍采用砂型铸造。而轿车变速壳体,则是典型的大型、复杂的薄壁壳体铸件,材质多为铝合金,采用镁合金的正在增加,一般都采用压铸工艺。为提高压铸件质量,可采用低速中压填充压铸、双压射冲头压铸、真空压铸、加氧压铸生产中的喷涂料、浇注和取件都是自动的,并且有校正压铸机和铸件形成状况的在线检测装置。
  变速箱壳体所用铝合金的熔化和精炼与前述的铝缸盖基本相同。压射参数对压铸件气孔的影响颇大,必须合理调整之。采用闭合压射结束时间控制系统,可实现无飞边压铸。压铸件质量的检测可采用X光探伤、超声波测试等。压铸型的材料的延性和韧性对防止压铸型热裂和龟裂十分重要。改善模具工作状态和良好的操作与保障都有助于延长压铸型的使用寿命。若为镁合金压铸,则应采用真空金属型。近来开发的半固态镁合金压射成形技术,可使镁合金充填平稳,不紊流,防止氢气卷入,避免合金一,铸型间反应,是注“塑”成形与压铸成形的复合工艺。 
4、进气歧管 
  进气歧管的不规则的变截面的进气道内腔形状一直是汽车铸造业的难题。而近年来发动电子喷射技术的发展,使进气歧管更加复杂。因此,很多厂家选择消失模工艺为进气歧管的铸造方法是理所当然的。卡车用的进气岐管多为灰铸铁,普遍用砂型铸造。而轿车的进气岐管材质为铝合金,所采用的铸造方法包括消失模铸造、金属型重力铸造,也有用压铸的(砂芯为DOULER工艺)。 
  采用消失模工艺铸造铝进气岐管,其熔化及精炼过程与本文前述的缸盖的铝合金熔化及精炼一样。要采用小粒径的EPS珠粒,以保证预发泡和成型。成型模片的胶合必须按工艺规定进行。装配好的消失模模样的涂料工艺很重要,要控制好涂料的性能和涂层厚度,这对浇注时模样热解产物的排除,对铝液的充填速度和消失模铸件的质量至关重要。涂料烘干后的模样经填充干砂,震实后即可浇注。所获得的消失模进气歧管铸件在清除浇冒口之后,还应做渗漏检查,如有渗漏,可按合同规定进行浸渗补漏。 
5、气歧管 
  由于汽车发动机的排气温度较高,因此,排气歧管材质基本上是灰铸铁、球墨铸铁或蠕墨铸铁。排气歧管也是形状较复杂的薄壁铸件,多为砂型铸造,也有采用消失铸造的。今以球墨铸铁材质的砂型铸造的排气歧管为例,其造型与制芯过程与前面所说的缸体的造型、制芯工艺基本相同。
  在球铁熔化方面,很多厂家采用冲天炉---感应炉双联熔炼。为了保证球铁质量,除了采用球铁用生铁,采用铸铁焦之外,还应对冲天炉的出炉的出炉铁水进行脱硫处理,多采用氮气多孔塞底吹脱硫包连续脱硫,采用抗潮、防爆的颗粒状脱硫剂。球化处理多为盖包法,近来已将治金行业的包芯线法引入铸造业作为球化处理工艺,这对提高球化合金的吸收率、稳定球化质量、降低成本、减少环境污染都是有利的。孕育方式则以随流孕居多,也有采用型内球化和型内孕育的,还有采用珠粒状球化剂的,可延长球化剂失效时间,并可随时补加球化剂,以保证铁水的球化状态。国外还有采用脱硫-----球化----孕育一次完成的新工艺,可减少镁和孕育剂的消耗,提高球化率、节能。炉前的碳当量检测,快速碳、硫测定和快速金相分析对控制球铁铁水质量是很重要的。 
  排气歧管为铸态球墨铸铁件,无需热处理。对球铁铸件的球化率的检测,可采用超声波法。 
  由于蠕墨铸铁有良好的耐热疲劳性,因此很适于生产排气歧管。严格的化学成分控制和良好的蠕化剂,是稳定生产蠕铁铸件的关键。
6、曲轴、凸轮轴 
  曲轴、 凸轮轴是典型的汽车轴类铸件,属既要求韧性、耐疲劳性、又要求在摩擦副部位的表面具有耐磨性的高速回转运动的厚断面汽车铸件。所用材质多为球铁,包括奥贝球铁。凸轮轴材质有时还用合金铸铁、激冷铸铁或合金钢。
  所用造型方法,陈了各种砂型铸造方法外,采用壳型(包括铁型覆砂)铸造的很多。也有采用自硬砂造型和消失模铸造的。 
7、活塞 
  活塞顶部是发动机燃烧室的一部分,活塞的圆柱面通过塞环紧贴缸筒内壁做高速的往复运动。活塞是形成发动机动力关键急汽车铸件,其材质为铝合金,包括纤维增强复合材料铝合金。铸造方法包括金属型重力铸造、低压铸造、挤压铸造和新兴的半固态铸造。 
8、车轮轮毂 
  轮毂是回转运动类的汽车铸件,轿车车轮轮毂材质为铝合金,有几种铸造方法一低压铸造,挤压铸造(包括旋转式垂直挤压)、金属型重力铸造、差压铸造和半固态铸造。 
  当然,汽车上的铸件的种类很多,不一一列举。近年来,很多种轿车铸件开始采用镁合金,以适应汽车轻量化的要求。这些镁合金铸件、包括:离合器外壳、变速箱外壳、变速箱上盖、发动机罩盖、方向盘、座椅支架、仪表盘框架、车门内板、轮辋、转向支架、刹车支架、气门支架等,甚至还有缸盖和缸体。   

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