先进铸造工艺在汽车制造中的应用

先进铸造工艺在汽车制造中的应用

绪论：随着铸造工艺的不断创新，汽车制造业也随之不断进行着技术改革。本文着重介绍几种先进的铸造工艺的原理、方法及其在汽车制造业中的应用。

关键词：汽车制造壳型铸造半固态铸造挤压铸造消失模铸造

1 壳型铸造在汽车行业的应用

1.1 壳型铸造

壳型铸造就是利用遇热硬化的型砂覆盖在被加热的金属模板表面，使其硬化后形成一层薄壳，用薄壳铸型生产铸件的铸造方法。型砂一般为硅砂或锆砂与树脂的混合料或树脂覆模砂，浇注铸件金属模板的加热温度一般为300℃左右，所形成的薄壳厚度一般为6～12毫米，但其具有足够的强度和刚度，耐高温。因此将上下两片型壳用夹具卡紧或用树脂粘牢后，不用砂箱即可构成铸型。同样也可用上述方法将型芯制成薄壳芯，制造薄壳铸型常用翻斗法，制造薄壳芯常用吹制法。

1.2 壳型铸造流程

1.2.1 造型材料的准备

1、树脂与硬化剂的准备：树脂与等量的12%的乌洛托品硬化剂混合并碾碎，之后

通过100号筛，过筛后再次放入混砂机内混合，以确保硬化剂与树脂混合均匀，最后通过瓷球球磨机研磨30分钟，储存在干燥器中备用。

2、型砂准备及活性处理：根据所要制作的铸件造型选用合适的砂型，将选好的砂

粒转入耐热铁箱内，经过900℃的热处理2小时，自然冷后取出，储存在干燥器

中备用。

1.2.2 结壳

1、将模板或者芯盒放在400℃的炉温内加热。

2、加热后取出模板或芯盒，喷以分型剂，喷好分型剂后模板温度不应低于220℃。

3、将模板或芯盒卡紧在翻斗或者吹芯机上结壳，使型砂均匀覆盖在模板或者芯盒

上，结壳厚度为6～12毫米。

4、取下模板及芯盒，在400℃炉温下硬化，硬化后利用顶壳机顶出壳体。

1.2.3 合型和浇铸

合型通常有粘合法和夹合法两种。粘合法多用一级反应树脂做粘合剂，通常在壳型温度较高时进行粘合，或者另行加热粘合，粘合法可以保证最快的粘合速度。夹合法则

是通过手工操作利用机械工具进行合型，具有最高的合型质量，在进行串叠浇铸时更为优越。

1.3壳型铸造特点

用树脂砂制造薄壳铸型或壳芯可显著减少使用的型砂数量，并且合理的布局设计能够提高效率。覆膜砂特别适用于复杂薄壁精密的铸铁件(如汽车发动机缸体、缸盖等)以及高要求的铸钢件(如集装箱角和火车刹车缓等零件)的生产，可有效消除粘砂、变形、热裂和气孔等铸造缺陷。壳型铸造所获得的铸件轮廓清晰，表面光洁，尺寸精确，可以不用机械加工或仅少量加工，对模具的损耗较其他铸造方式小很多，特别适用于生产批量较大、尺寸精度要求高、壁薄而形状复杂的各种合金的铸件。但成本较高，主要由于制壳所使用的树脂价格较为昂贵，模板必须精密加工，成本较高，在浇注时还会产生有刺激性的气味，处理不当会造成环境污染。能使铸件表面更加光洁，尺寸更加准确，可缩短生产周期，而且铸模可用自动机械制成（必须采用射芯机），不需要熟练工；尤其适用于各种金属中小型铸件的成批和大量生产

1.4 壳型铸造在汽车制造行业的应用

1.4.1 凸轮轴

凸轮轴是发动机配气机构的主要机件之一，凸轮轴的质量关系的发动机的性能的好坏。实际应用中凸轮轴的主要失效方式是磨损（磨料磨损）、刮伤（粘着磨损）、疲劳（点蚀剥落）。根据凸轮轴的工作状况和主要失效方式，要求凸轮轴材料有较高的强度和硬度，同时由于凸轮轴负责发动机的进气门与排气门的开通和闭合，所以要求凸轮轴具有很高的精度，虽然可以通过二次加工获得，但会导致材料利用率降低，而采用壳型铸造则会大大减少加工余量，提高材料利用率。

发动机凸轮轴壳型

1.4.2 发动机摇臂

由于摇臂的筋厚尺寸不恒定，冷加工装夹具为鼓轮式，约有20%无法装卡加工，加工面多，废品率高达10-15%(由于铸造毛坯问题造成加工废品)。如果用失蜡精密铸造工艺进行生产，由于其工艺特点，质量满足不了产品要求。如果采用了壳型叠箱铸造工艺:中心浇口底注式，分四个直浇道，每个浇道每层供给4个摇臂，共叠11-18层铸件的壳，

总计176-288件摇臂，生产率特别高。同时可以使废品率降到了2-4%左右，并且大大提高了生产率，满足一了生产与质量要求，同时也大大地改善了劳动环境。

发动机摇臂壳型铸件

此外，壳型铸造工艺还广泛应用于排气管、差速器外壳及其他外形尺寸要求很高的工程机械铸件，例如用于机械密封的特种铸铁耐磨环，以及其它要求较高、批量较大的高精度铸件等。

1.5 熔模壳型铸造

熔模铸造是一种灵活铸造工艺，由于用该工艺成型的铸件与零件间具有较高的尺寸相似性，所以又称熔模精密铸造。该工艺是使用熔点低的材料制成尺寸精确且表面光度好的零件模型，然后使用耐高温粘结剂与耐火粉料以及辅助添加剂配置成糊状涂料涂覆在熔模表面并撒上合适的骨料，等待涂料干燥硬化，重复上述操作制得具有一定厚度的型壳，然后加热型壳脱掉熔模。最后再将脱模好的型壳高温焙烧，形成具有较高强度的陶瓷型壳。制壳完毕后再向型腔内浇注入金属液，待金属液冷却凝固后去掉陶瓷型壳就能获得与熔模不论是尺寸还是表面光洁度都一致的镁合金铸件。

熔模壳型铸造工艺图

1.6 消失模壳型铸造

镁合金消失模铸造是目前比较先进的镁合金精密铸造工艺之一，该工艺过程是:首先将合适密度的EPS泡沫发泡成与镁合金铸造零件相同的形状（一般将这种泡沫模型叫做白模），并将它们与泡沫制成的浇注系统相粘连成零件模型树。然后利用粘结剂和耐

火粉料配置成消失模涂料，再将配置好的涂料浸涂或刷涂到白模表面，形成均匀的涂料层。接下来将耐火涂料低温（低于EPS泡沫的膨胀变形温度）烘干后，埋在干砂子中震动紧实。最后将熔融金属液直接导入铸型浇口进行浇注，在金属液进入过程中，白模汽化并且金属液迅速取代白模位置，最后等待金属液冷却凝固的到精密度尺寸精密较高的铸件

消失模壳型铸造工艺图

1.7 发展前景

由于熔模壳型铸造技术和消失模壳型铸造技术的出现，使得壳型铸造不仅能够生产较为规则的具有分型面的零件，还能够生产较为复杂的不具有分型面的不规则零件。可以预见，壳型铸造由于其较高的加工精度及表面粗糙度，将会在汽车等精密铸造行业发挥更大的作用。

2 半固态铸造在汽车制造行业的应用

2.1 半固态铸造

半固态铸造成形的原理是在液态金属的凝固过程中进行强烈搅拌，使普通铸造易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态。这是因为在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到20％左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性，所以需要在金属凝固过程中施以强烈搅拌。

2.2 半固态铸造优点

与传统全液态成形技术相比，它具有以下优点：①在工艺方面：成形温度低(Al合金至少可降低120 ℃)；延长模具寿命(由于热冲击小)；节省能源(由于工艺周期缩短)；改善生产条件和环境。②在产品方面：铸件质量提高(减少气孔和凝固收缩)；减少加工余量；扩大压铸合金的范围并可以发展金属基复合材料。要实现半固态铸造，首先要制备在半固态具有触变性的非枝晶组织合金。