李亞杰汽車機(jī)械基礎(chǔ)項目5

汽車制造技術(shù)認(rèn)知任務(wù)5.1汽車發(fā)動機(jī)氣缸蓋鑄造工藝流程分析汽車發(fā)動機(jī)氣缸體、氣缸蓋、進(jìn)排氣管、輪轂等零件一般都是鑄造而成的。鑄造常用于制造零件毛坯、制造承受載荷及壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)件，以及一些有特殊性能要求的構(gòu)件等。會分析汽車鑄件采用的鑄造工藝流程，有助于更加清晰地掌握汽車制造知識，為后續(xù)汽車專業(yè)知識的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)?！救蝿?wù)描述】汽車發(fā)動機(jī)氣缸蓋鑄造是將合格的液態(tài)金屬澆注到具有與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固后，獲得一定形狀的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。（1）鑄造生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)一、鑄造概述

①

金屬一次成形。

②

工藝適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性大。

③

特別適宜于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯。

④

對于不宜鍛壓生產(chǎn)和焊接的材料，鑄造生產(chǎn)方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

⑤

適應(yīng)各種不同的生產(chǎn)規(guī)模。1.鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)（2）鑄造生產(chǎn)的缺點(diǎn)

①

鑄件內(nèi)部常有缺陷（如氣孔、縮孔、縮松、夾渣、砂眼和裂紋等），且晶粒粗大，其力學(xué)性能通常低于同種材料的鍛件。

②

鑄造工序較多（尤其砂型鑄造），工藝過程難以控制，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率較高。

③

鑄件表面較粗糙，尺寸精度不高。

④

勞動條件較差，勞動強(qiáng)度較大。

縮孔：在鑄件最后凝固部位容積大而集中的孔洞，呈倒圓錐形，內(nèi)表面粗糙。

縮松：細(xì)小而分散的縮孔。鑄造方法砂型鑄造特種鑄造機(jī)器造型熔模鑄造金屬型鑄造壓力鑄造離心鑄造消失模鑄造整模造型分模造型挖砂造型活塊造型假箱造型刮板造型手工造型兩箱造型三箱造型脫箱造型地坑造型按模樣特征分按砂箱特征分2.鑄造方法分類二、金屬的鑄造性能2.收縮性3.吸氣性4.偏析性1.流動性流動性是指熔融合金的流動能力。

鑄造合金從液態(tài)凝固和冷卻至室溫過程中產(chǎn)生的體積和尺寸縮減的現(xiàn)象，稱為鑄造合金的收縮性。合金在熔煉和澆注時吸收氣體的性能，稱為合金的吸氣性。合金的偏析性是指鑄件或鑄錠中的各部分化學(xué)成分、金相組織不均勻的現(xiàn)象。

砂型鑄造是采用砂型在重力作用下將熔融金屬充入鑄型的鑄造方法。砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的鑄造方法，鑄件中有90%以上采用的是砂型鑄造。汽車鑄件絕大多數(shù)采用砂型鑄造生產(chǎn)。三、砂型鑄造鑄造工藝流程的主要內(nèi)容：

a.編制鑄造工藝b.模型（芯盒）的制造

c.型（芯）砂的制備d.造型（芯）

e.熔化金屬和澆注f.落砂和清理砂型鑄造工藝流程：零件圖鑄造工藝圖型芯混制芯砂混制型砂合型落砂、清理檢驗合格鑄件鑄型澆鑄熱處理

型砂與芯砂應(yīng)具備可塑性、一定的強(qiáng)度、良好的透氣性和耐火性及一定的退讓性。為了制造各種形狀的型腔，型砂應(yīng)具有良好的可塑性。為防止型腔在制造、修理、搬動、澆注時受力破壞，故型砂應(yīng)具有一定的強(qiáng)度。為排除砂型及液體金屬中氣體，型砂應(yīng)有良好的透氣性。為防止高溫下鑄件產(chǎn)生粘砂，型砂應(yīng)具有一定的耐火性。為使鑄件凝固時自由收縮，砂型及砂芯在此時應(yīng)能自動潰散，即有一定的退讓性。1.配砂（1）型砂與芯砂應(yīng)具備的性能

型砂與芯砂通常由原砂（SiO2）、粘結(jié)劑和輔助材料等混合而成。（2）型砂與芯砂的組成（3）型砂與芯砂的制備碾輪式混砂機(jī)2.制模

制模是根據(jù)零件圖紙制作模樣與芯盒。模樣是用于鑄件生產(chǎn)的原形。芯盒是制造砂芯用的模具，其內(nèi)腔具有砂芯所需要的形狀和尺寸。芯盒芯子模樣毛坯3.造型與制芯手工造型：a.整模造型b.分模造型c.挖砂造型d.活塊造型e.假箱造型（1）手工造型和制芯f.刮板造型按模樣特征分按砂箱特征分a.兩箱造型b.三箱造型c.脫箱造型d.地坑造型

a.整模造型的模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在半個鑄型內(nèi)，其造型簡單，鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷。適用于鑄件最大截面在一端，且為平面的鑄件。整模造型模型圖

b.分模造型是將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內(nèi)，造型簡單省工。常用于最大截面在中部的鑄件。分模造型模型圖a.整模造型b.分模造型手工制芯：主要采用芯盒手工制芯。（2）機(jī)器造型和制芯機(jī)器造型指用機(jī)器全部或至少完成緊砂操作的造型過程。目前，常用的機(jī)器造型緊砂方式有振壓式造型和高壓造型兩種。振壓式機(jī)器造型：模樣振擊氣缸底板砂箱進(jìn)氣口2壓頭進(jìn)氣口1壓實氣缸振實活塞起模油缸型砂壓力油多觸頭高壓造型高壓機(jī)器造型：

多觸頭高壓造型通常也配備氣動微振裝置，以便增加工作適應(yīng)能力。多觸頭高壓造型輔機(jī)多，砂箱數(shù)量大，造價高，適用于各種形狀的中小鑄件大批量生產(chǎn)。6—閘板

7—射砂閥

8—儲氣罐

9—射砂孔

10—工作臺機(jī)器制芯：1—芯盒

2—射砂頭

3—射腔

4—射砂筒

5—排氣閥射砂法示意圖

汽車鑄件生產(chǎn)中普遍使用的機(jī)器制芯方法有殼芯、熱芯盒、冷芯盒等，芯砂均采用樹脂砂。氣缸蓋水道熱芯盒缸體冷芯盒4.熔煉和澆注

熔煉是通過加熱使金屬爐料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，并使其溫度和成分達(dá)到工藝要求的過程。熔煉需采用專用熔化設(shè)備，有色金屬常用坩堝爐，鑄鋼用電弧爐或加感應(yīng)電爐等。澆注是將熔煉或精煉后的熔融金屬定量注入鑄型的過程。澆注時應(yīng)注意澆注溫度和澆注速度。

若澆注溫度過低，就會產(chǎn)生澆不足、冷隔、夾渣等缺陷；若澆注溫度過高，則金屬液吸氣多，液體收縮大，又容易產(chǎn)生氣孔、縮孔、縮松以及裂紋，同時會使晶粒變粗，鑄件力學(xué)性能下降。澆注速度應(yīng)適中，一般薄壁件宜用快速澆注，厚壁件宜用“慢→快→慢”的方式澆注。5.落砂和清理落砂是指砂型鑄造中，鑄件與鑄型和（或）砂箱，以及砂芯與鑄件分離的過程。清理是指鑄件落砂或出型后，去除鑄件表面黏砂和殘留砂芯、去除澆冒口以及其他多余材料（例如飛邊、毛刺、氧化皮等）過程的總稱。落砂前鑄件要在砂箱中進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s（通常冷卻40min以上）。落砂通常分為人工落砂和機(jī)器落砂兩種。手工造型的落砂和清理都是人工進(jìn)行的。而機(jī)器造型的落砂是在振動式落砂機(jī)上進(jìn)行的。在對鑄件進(jìn)行上述處理以后，還需要進(jìn)行表面處理，防止鑄件在使用過程中發(fā)生腐蝕。四、特種鑄造1.熔模鑄造2.金屬型鑄造3.壓力鑄造4.離心鑄造5.消失模鑄造每種鑄造方法都有自身的特點(diǎn)與優(yōu)勢，但都不是萬能的，必須根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、性能要求、生產(chǎn)批量、設(shè)備條件，技術(shù)條件等因素綜合考慮。注意：特種鑄造是與砂型鑄造不同的一系列鑄造方法。特種鑄造一般能至少實現(xiàn)以下一種性能：a.提高鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量；b.提高鑄件的物理及力學(xué)性能；c.提高金屬的利用率(工藝出品率)；d.減少原砂消耗量；e.適宜高熔點(diǎn)、低流動性、易氧化合金鑄造；f.改善勞動條件，便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。1.熔模鑄造

熔模鑄造是采用熔模，在熔模模組表面包覆若干層耐火涂料，制成型殼（或稱模殼），加熱型殼熔出模樣后再經(jīng)高溫焙燒，充入熔融金屬，從而獲得鑄件的方法。（1）熔模鑄造的工藝流程（2）熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）熔模鑄造的工藝流程（2）熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：

①鑄件精度高，表面粗糙度低，質(zhì)量好，又稱精密鑄造。②可鑄出形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。③鑄造合金種類不受限制，鋼鐵及非鐵合金均可適用。④生產(chǎn)批量不受限制。缺點(diǎn)：①工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長。②原材料價格高，鑄件成本高。③鑄件不能太大、太長，否則蠟?zāi)Ｒ鬃冃?，喪失原有精度。?yīng)用：

熔模鑄造廣泛應(yīng)用于電器儀表、刀具、航空等制造部門。例如，汽輪機(jī)和渦輪發(fā)動機(jī)的葉片，汽車進(jìn)排氣管、剎車泵體、制動盤、輪轂等。2.金屬型鑄造

金屬型是指采用金屬材料制成的鑄型。金屬型鑄造是采用金屬型生產(chǎn)鑄件的方法。由于鑄件移除后，金屬鑄型不會被破壞，可重復(fù)使用，故金屬型鑄造又稱為永久型鑄造。（3）金屬型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）金屬型鑄造的分類（2）金屬型鑄造的工藝流程種類垂直分型水平分型復(fù)合分型

示意圖特點(diǎn)鑄型排氣條件好，便于設(shè)置澆冒口和采用金屬型芯，易于實現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，但安放砂芯較麻煩。安放砂芯方便，但不便于設(shè)置澆冒口，鑄型排氣較困難，不宜實現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。金屬型制造較困難用途鋁鎂合金鑄件平板狀鑄件，如盤、板、輪類鑄件較復(fù)雜的鑄件（1）金屬型鑄造的分類（2）金屬型鑄造的工藝流程（3）金屬型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：①可承受多次澆鑄，實現(xiàn)了“一型多鑄”，便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化生產(chǎn)。②鑄件精度和表面質(zhì)量比砂型鑄造顯著提高。③鑄件的力學(xué)性能得到提高。④鑄型不用砂，使鑄造車間面貌改觀，改善了勞動條件，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了造型的勞動強(qiáng)度。缺點(diǎn)：①金屬型制造成本高。②生產(chǎn)周期長，原材料價格高，鑄件成本高。③鑄造工藝要求嚴(yán)格。應(yīng)用：

金屬型鑄造主要用于銅、鋁、鎂等非鐵鑄件的大批生產(chǎn)，如內(nèi)燃機(jī)活塞、缸蓋、油泵殼體、軸瓦、襯套、盤蓋等中小型鑄件。鋁合金活塞氣缸蓋油泵殼體氣缸體3.壓力鑄造

壓力鑄造簡稱壓鑄，它是在壓力下將熔融金屬快速注入鑄型并保持壓力至完全凝固，從而獲得鑄件的方法。壓力鑄造是在壓鑄機(jī)上進(jìn)行的。壓鑄機(jī)一般分為熱壓室壓鑄機(jī)和冷壓室壓鑄機(jī)兩大類。壓力鑄造所用的鑄型稱為壓型。

（1）壓力鑄造的工藝流程（2）壓力鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用熱壓室壓鑄機(jī)：冷壓室壓鑄機(jī)：（1）壓力鑄造的工藝流程壓力鑄造的工藝流程（2）壓力鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：①鑄件的精度及表面質(zhì)量均較其他鑄造方法高。②可壓鑄出形狀復(fù)雜的薄壁件或鑲嵌件。③壓鑄件的強(qiáng)度和硬度均較高。④壓鑄的生產(chǎn)率均比其他鑄造方法高。缺點(diǎn)：①流態(tài)不穩(wěn)定，采用一般壓鑄法，鑄件易產(chǎn)生氣孔。②對內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難。③高熔點(diǎn)合金（如銅、黑色金屬），壓鑄型壽命較低。④不宜小批量生產(chǎn)。

壓力鑄造是最先進(jìn)的金屬成型方法之一，是實現(xiàn)少切屑，無切屑的有效途徑，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。目前壓鑄合金不再局限于有色金屬的鋅、鋁、鎂和銅，而且也逐漸擴(kuò)大用來壓鑄鑄鐵和鑄鋼件。應(yīng)用：鎂合金轉(zhuǎn)向盤骨架

齒輪箱蓋4.離心鑄造

離心鑄造是將熔融金屬充入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使其在離心力作用下凝固結(jié)晶，從而獲得鑄件的方法。（1）離心鑄造機(jī)的分類立式離心鑄造臥式離心鑄造（2）離心鑄造的工藝流程①

澆注。通過離心鑄造機(jī)將熔融金屬快速充入鑄型中，金屬液在離心力作用下沉積在鑄型內(nèi)壁上，形成鑄件。②

凝固。鑄件在鑄型內(nèi)通過離心力和冷卻作用逐漸凝固，形成所需的尺寸和形狀。③

清理。分離模型，取出鑄件，去除鑄件上的毛刺或進(jìn)行表面處理。（3）離心鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用

①鑄件組織致密，無縮孔、縮松、氣孔和夾渣等缺陷，機(jī)械性能好。這是因為在離心力作用下，金屬中的氣體、熔渣等夾雜物因密度小，均集中在內(nèi)表面，鑄件從外向內(nèi)順序凝固，補(bǔ)縮條件好。②鑄造中空鑄件時，可不用型芯和澆注系統(tǒng)，大大簡化生產(chǎn)過程，節(jié)約了金屬。③在離心力作用下，金屬液的充型能力得到提高，可以澆注流動性較差的合金鑄件和薄壁鑄件，如葉輪、渦輪等。④便于鑄造雙金屬鑄件，如鋼套鑲銅軸承等，其結(jié)合面牢固、耐磨，可節(jié)約貴重合金。離心鑄造的缺點(diǎn)鑄件易產(chǎn)生偏析，內(nèi)孔不準(zhǔn)確，內(nèi)表面較粗糙。特點(diǎn)：應(yīng)用：

離心鑄造主要用于生產(chǎn)各種管類、套類、環(huán)類鑄件，如鑄鐵管、銅套、滑動軸承、雙金屬鋼背銅套、汽車發(fā)動機(jī)氣缸套、活塞環(huán)、葉輪、渦輪等。氣缸套活塞環(huán)滑動軸承

消失模鑄造是采用消失模和帶有底面的抽氣砂箱，用