发动机箱体铸造工艺设计

封面摘要本文综合分析了采用铸造工艺生产汽车发动机箱体的方法，从铸造设备、铸造模具设计、生产工艺、铸造生产中常见的问题及对策等多个角度，对铸造工艺的技术动向以及今后的研究课题提出了自己的见解。

对国内外发动机箱体铸造生产进行了总结,其材质主要以C(质量分数,下同):3.15%~3.3%,CE:3.95%~4.05%,Si/C:0.6%~0.7%的灰铸铁为主。

一般选择冲天炉-有芯工频电炉进行熔炼,孕育剂仍普遍采用75SiFe,立浇底注式浇注系统和保温冒口有利于获得优质箱体,冷芯制芯工艺已逐渐取代热芯工艺。

通过提高浇注温度、型砂紧实率等措施可减少箱体常见缺陷渗漏的出现。

铸造过程中合金配比工艺研究当箱体中含Cr量从0．308％上升到0．343％并不能明显增加珠光体数量和片间距的等级，但是可使铸件各部位的硬度总体呈上升趋势。

铸件抗拉强度值上升幅度很大。

一般可上升20～30MPa．在箱体中加入Sn可以明显提高铸件的布氏硬度和组织中的珠光体含量，但对于提高珠光体的片间距等级和减少渗碳体量则效果不明显。

关键词：铸造工艺；灰铸铁；模具设计ABSTRACTThis paper analyzes the use of the casting process to produce automobile engine box approach from many angles common foundry equipment, casting mold design, manufacturing process, casting production problems and countermeasures on the casting process technology trends and future research put forward their own views.For domestic and engine block, cylinder head casting a summary, the material mainly C (mass fraction): 3.15% ~ 3.3%, CE: 3.95% ~ 4.05%, Si / C: 0.6% ~ 0.7 % of gray cast iron main. Generally choose cupola - a core-frequency electric furnace smelting, inoculant is still widely used 75SiFe, Li pouring bottom gating and riser system is conducive to quality block, cylinder heads, cold-core making process has been gradually replaced by heat core processes. By increasing the pouring temperature, sand compaction rate and other measures to reduce the block, cylinder heads common defect leakage occurs.Alloy Casting process, when the ratio of the cylinder Cr content increased from 0.308% to 0.343% did not significantly increase the number and spacing of pearlite grade, but can cast various parts of hardness overall upward trend. Casting a great tensile strength values rise. Generally rise 20 ~ 30MPa. Adding Sn in the cylinder can significantly improve the casting Brinell hardness of pearlite content and organization, but for improving the pearlite spacing levels and reduce the amount of cementite is ineffective.Keywords: casting; gray iron; mold design摘要 (2)ABSTRACT (3)1 前言 (6)1．1课题背景 (6)1．2箱体铸件国内外研究现状和发展趋势 (6)1．2．1国外发动机箱体铸造技术生产状况 (7)1．2．2我国发动机箱体铸件的生产状况 (7)1．3灰铸铁箱体材料的发展 (8)1．3．1箱体材料要求 (8)1．3．2灰铸铁箱体材料 (8)1．3．3灰铸铁的组织和几种合金元素的影响 (9)1．3．4国内外箱体生产中灰铸铁材质的选择 (15)1．4本课题研究的内容 (20)2 低合金灰铸铁箱体工艺简介 (21)2．1生产设备及原材料 (21)2．1．1生产设备 (21)2．2结构简介 (21)2．3材质要求 (23)2．4造型及浇注系统设计 (23)2．4．1造型工艺 (23)2．4．2浇注系统 (24)2．5制芯及组芯工艺方案设计 (25)2．5．1制芯 (25)2．5．2组芯 (26)2．6孕育剂的加八方法 (28)2．6．1孕育机理及目的 (28)2．6．2生产孕育铸铁铸件的条件 (28)2．7．1原材料 (29)3 合金元素对发动机箱体性能的影响 (30)3．1引言 (30)3．2试验装置及试验方法 (31)3．2．1试验装置 (31)3．2．2原材料 (31)3．2．3制样 (31)3．3铬对箱体力学性能和金相组织的影响 (32)3．3．1试验目的及内容 (32)3．3．2试验结果 (32)3．4锡对箱体力学性能和金相组织的影响 (22)3．4．1试验目的及内容 (36)3．4．2实验结果 (36)4 结论 (45)致谢 (46)参考文献 (47)1 前言1．1课题背景发动机箱体的铸件是发动机生产中难度最大、最重要的一环,其质量对发动机的功率、油耗等性能起着决定性的作用。

通过对国内外发动机箱体铸造生产中的材质,熔炼工艺,及铸造工艺进行讨论,为提高我国发动机箱体的铸造工艺水平积累一点有用的资料,为有关箱体铸造生产厂在技术改造时提供一些有益的参考。

1发动机箱体箱盖的特点目前汽车发动机在设计上不仅要求降低单位功率质量,减小噪音,还要控制燃油消耗,减少尾气排放,而箱体的铸造工艺水平对发动机的这些性能有着重要的影响。

由此可见,发动机箱体铸件具有以下几个特点。

1)质量轻,强度高。

当前发动机用材正由传统的铸铁材料向轻型铝镁合金转变,对箱体铸件结构的要求也不断提高。

2)结构复杂。

在箱体上,除有特殊形状的配气燃烧室外,有进气道、排气道,还有冷却水套、润滑油道等,内腔形状复杂多变,同时由于发动机装配的需要,其外形结构也十分复杂。

3)形状准确,尺寸精度高。

发动机输出功率的大小与燃烧室及进排气道的形状和大小关系大,铸件超出设计状态lmm,动力性能将降低10%左右[1]。

但另一方面，铸件的合金种类和结构类型不同。

生产工艺装备和组织形式不同，其生产的关键技术和技术难点也是各不相同的，更何况箱体箱盖铸件又属于典型的薄壁、复杂、多芯且结构铸造工艺性很差的难制造铸件。

而且还都必须满足高强度、高精度、不渗漏、易切削、抗热疲劳等一系列很高的技术要求。

在铸造生产过程中极易产生10多种足以导致铸件报废的铸造缺陷。

因此，箱体铸件也被称为“铸造之花”[l]。

随着中国的改革开放和加入WTO，国外大汽车公司纷纷在中国投资建厂，引进了多种汽车及发动机产品，在一定程度上促进了中国汽车工业的发展。

设计生产的新型汽油机箱体为中国当前大力发展的、具有自主知识产权的汽车产业迈出重要的一步。

1．2箱体铸件国内外研究现状和发展趋势发动机类铸件的生产属大批量、专业化流水生产性质，一般年生产纲领，少则上万件，多则几千万件。

产品结构复杂，铸造难度大，相应生产工序多、工艺装备的要求也高，如发动机箱体等铸件，既有复杂的内腔和外形结构，又要求薄壁及高度精确的毛坯尺寸。

产品的材质性能要求严格，并且种类繁多，如排气管要求良好的耐热性能；缸套、活塞环等又要求严格的耐磨性能和热稳定性能等等。

因此，人们普遍认为，发动机类铸件的生产水平一定程度上代表了这个国家的铸造生产水平，也反映出这个国家这类机械产品的性能和质量。

1．2．1国外发动机箱体铸造技术生产状况到目前为止，在材质的选择上，车用发动机箱体箱盖的材质主要有灰铸铁，铝合金，蠕墨铸铁等。

随着发动机朝着大功率、环保方向的发展，灰铸铁的牌号越来越高，现在运用普遍的是HT250，而HT300也已应用于箱体的生产，个别产品性能要求达到HT350。

在铸铁的熔炼上，为确保铸件获得良好的金相组织、稳定的力学性能和满足壁薄(3～5mm)、结构复杂铸件的浇注要求，要求铁液具有稳定的化学成份，较高的出炉温度和需要对氧化渣、气体含量进行严格的控制。

国外主要运用热风冲天炉、冲天炉与感应电炉双联熔炼，炉前配备快速金相和热分析仪，同时还配备直读光谱仪等设备。

在孕育上普遍采用复合孕育，以提高铸件的综合性能。

在造型上主要运用气冲造型线(如GF线、BMD线)及静压造型线(如KW线、HWS线)、负压加砂加压实(如KW)造型线等等。

从目前来看，发动机类铸件的生产宜采用自动化程度高的气冲线或静压线的较多。

制芯方面，在欧美较多采用以冷芯盒为主(曲轴箱、端面芯等均为冷芯盒)，配以壳芯；而日本更多采用壳芯。

以呋喃树脂为粘结剂的热芯盒砂芯，因芯砂流动性差、芯子表面疏松等原因，已逐渐被冷芯盒砂芯和壳芯所取代。

为保证铸件表面质量和内腔清洁度，要采用抛丸、机械磨削及手工清铲等进行清理，采用高水压(10～12MPa)清洁箱体内腔。

1．2．2我国发动机箱体铸件的生产状况近年来，我国铸造行业的生产技术及装备水平有了长足的进步，产品品种及产量基本上已能满足国民经济各个行业发展的需求，铸件出口量也不断增长。

铸件的材质大多为HT250。

为得到较好的金相组织和力学性能、防渗漏性能以及加工性能，合金成分设计上，多采用高碳当量(CE=3．9"--'4．05％)，低合金化的原则。

为获得连续稳定的高质量铁液，多采用冲天炉与感应电炉双联熔炼工艺，浇注温度一般在1400"-1450。