汽车缸体铸造工艺

一、缸体材料

车用发动机缸体缸盖的材质主要有灰铸铁，铝合金，蠕墨铸铁等。传统的发动机无论是缸体还是缸盖都是采用铸铁的，但是铸铁有着许多先天的不足，例如重量大、散热性差、摩擦系数高等等。所以，许多发动机厂商都在寻找更适合的材料制造发动机的构成部件，比如密度小的铝。铝的比重轻，单位体积的铝结构强度要小于铸铁，所以铝缸体通常体积反而大些。但铝容易和燃烧时产生的水发生化学作用，耐腐蚀性不及铸铁缸体，尤其对温度压强都更高的增压引擎更是如此。铸铁缸体和铝缸体各有其优缺点，所以所以高增压的引擎很多都采用铸铁缸体，小型车的缸体则更多向铝缸体发展。

金属中的元素组成会对金属材料的性能产生较大的影响，就钢铁而言，钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。不同的缸体元素配比也是有差别的。

合肥江淮铸造有限责任公司缸体化学成分要求

化学成

分（%）

C Si Mn P S Cr Cu Ti Sn Pb

下限 3.25 1.95 0.60 0.00 0.06 0.25 0.30 0.00 0.06 0.00 0

上限 3.40 2.10 0.90 0.06 0.10 0.35 0.50 0.03 0.09 0.00 4

二、原材料熔炼

熔炼设备选用：中频感应保温电炉：生产效率10t／h，外水冷长炉龄大排距冲天炉：

生产效率7t／h。

1、原材料

原材料一般为回炉料，废钢和生铁。

回炉料是厂家的常备材料，在使用时必须注意其本身的干净程度。回炉料的加入量必须严格按一定比例，否则会导致铁水的Si、S含量不易控制。江淮生产的缸体铸件回炉料使用量一般不超过20％。

在江淮的缸体生产中，废钢的使用量超过50％。这是由于生铁本身含有粗大石墨，而石墨熔点较高，在2000℃以上，在熔炼中不能熔尽，使得结晶过程中石墨变得粗大。且新生铁因产地原因也有不同的遗传因素影响。且江淮铸造厂的废钢资源丰富(汽车边角料)，因此应该尽可能使用废钢。另外，废钢的使用量直接与铸件的强度有关。有厂家应用证明，在CE值相同时，多加40％的废钢，强度高出70MPa，硬度下降9HB。

生铁是铸铁的主要原料之一。加入时要考虑生铁中微量元素含量是否超标。江淮选择的是合肥产的Z18，含量一般在30％以下。

2、熔炼工艺

熔炼工艺采用冲天炉．工频电炉双联技术，选用高温熔炼废钢增碳工艺。配料采用废钢和回炉料为主，加上一定比例的生铁，采用炉内增碳加石墨粉。废钢应该尽量无锈蚀。当在冲天炉中温度达到1 500℃时，除去熔渣，加孕育剂，合金元素，在放入工频电炉中保温至14504C出炉。

三、造型

1、造型材料

造型材料：指制造铸型用的材料, 如砂型铸造, 包括砂、粘土、有机或无机粘结剂及其它附加物。

（3）型砂和芯砂种类

种类粘结剂干燥情况特点应用

粘土砂膨润土或高

岭土

湿型、表干型、

干型

不易紧实,易产生夹砂、胀

砂、气孔等缺陷

最广泛，各种类

型铸铁件

水玻璃砂水玻璃干型强度高,透气性好，易紧实,

退让性差

大型铸铁件,所

有铸钢件

树脂砂合成

树脂

干型

硬化反应快,价格较贵,便

于自动化

型芯及壳型(芯)

2、造型工艺

机器造型

特点：生产效率

高，质量稳定，劳动

强度较低，对工人技

术水平要求不高，设

备及工艺装备投资

大。只适用于大批量、

两箱造型。

（1）震压造型

原理用压缩空气和汽缸使砂箱上下震动来实现紧实型砂。

特点紧实度不高，铸件表面粗糙，噪音大，生产率较低。

效率50～60箱/h；中、小型铸件。中、小批量生产。

原理特点效率、铸件类型

利用压缩空气将型砂射入型腔来紧实砂型紧实度较高，

铸件尺寸精

确、表面粗糙

度小，噪音

低，生产率

高。

240～300

箱/h；中、

小型铸

件；中、

小批量生

产。

（

3

）高压造型

原理特点效率、铸件

类型

利用液压系统产生很高的压力来压实砂型紧实度较高，

铸件尺寸精

确、表面粗糙

度小，噪音

低，生产率较

高。

120～240箱

/h；中、小

复杂铸件。

中、大批

量生产。

原理利用高速旋转的叶片将型砂高速抛下来紧实砂型。

特点紧实度高，适应性强，生产效率较高。

效率、铸件类型抛砂量：

10～30m 3 /h；大型铸件；单、小批生产

机器造芯

大量生产中, 一般型芯采用机制，如震击造芯机、微震压实造芯机和射芯机等。树脂砂造芯采用热芯盒射芯机和壳芯机。

1热芯盒射芯机制芯

适用于呋喃树脂砂，用射砂方式填砂和紧砂。

2壳芯机制芯

主要使用树脂砂, 采用吹砂方式填砂和紧实.

热芯盒射芯机制芯壳芯机制芯

3、冒口

功能不同的冒口，其形式、大小和开设位置均不相

同，所以，冒口的设计要考虑铸造合金的性质和铸件的特

点。

①对于凝固过程中体积收缩不大的合金(如灰铸铁)，

或不产生集中缩孔的合金（如锡青铜），冒口的作用主要

是排放型腔中的气体和收集液流前沿混有夹杂物或氧化

膜的金属液，以减少铸件上的缺陷。这种冒口多置于内浇

口的对面,其尺寸也不必太大，

②对于要求控制显微组织的铸件，冒口可以收集液流前沿已冷却的金属液,避免铸件上出现过冷组织。图2是单体铸造的活塞环，在内浇口的对面设置一个小冒口来收集冷金属，该处就不会因金属过冷而出现白口组织，导

致铸件报废。这类冒口的大小和设置部位，

应根据铸件的显微组织要求确定。

③对于凝固期间体积收缩量大而且趋

向于形成集中缩孔的合金（如铸钢、锰黄铜

及铝青铜等），冒口的主要作用是补偿金属

液在型腔中的液态收缩和铸件凝固过程中

的收缩，以获得没有缩孔的致密铸件。铸件

在铸型中冷却时，最薄的部位先凝固，其收

缩可由附近较厚的部分补偿；较厚部分凝固时，又可由最厚部分得到补偿；最厚部分凝固时，如得不到外来的补偿，该处就会形成大缩孔。在这种情况下，冒口的作用就是要补偿铸件最后凝固的部分，所以要置于铸件最厚部位的

上方或侧面，并且它的凝固要求晚于铸件的

最厚部分。图3是一个套筒形铸钢件，最厚

部位上方设有3个冒口，为表示致密的铸件

和冒口中的缩孔，将铸件及其一个冒口切去

了一半。图中的补正量是为改善冒口对铸件

的补给而在铸件上增设的局部加厚。由于冒

口冷却最慢，因补缩和自身收缩而引起的缩

孔就会只产生在冒口中。这类冒口及相关工

艺补正量的设计是铸造工艺设计中的重要环

节，冒口的尺寸一般都用计算方法确定，重

要的大型铸件可用计算机辅助设计。可通过

多种技术措施来提高冒口的补缩效率,例如,

中、小型铸件可在冒口周围加一个保温套或

发热套，以减缓冒口的凝固达到缩小冒口尺寸的目的；大型铸件除可用保温套或发热套外，还可在冒口顶部用电弧或火焰加热以减缓其凝固。提高冒口补缩效率的另一种途径是采用不同的方法增加冒口中的压力。