發(fā)動(dòng)機(jī)殼體生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)性分析

摘要：汽車“輕量化”是汽車鑄造發(fā)展的方向，以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的鑄造工藝為基本媒介，分析了汽缸體的組成、“輕量化”材料選擇等，研究了基于UG的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體三維模樣設(shè)計(jì)思路、澆注方式的選擇及基于CAM的消失模具制造，然后對(duì)其動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，論述了汽車整體“輕量化”對(duì)功率輸出經(jīng)濟(jì)性影響，體現(xiàn)出汽車組成部件的“輕量化”鑄造對(duì)于汽車工業(yè)經(jīng)濟(jì)、可靠發(fā)展的重要意義。

關(guān)鍵詞：輕量化，汽缸體，經(jīng)濟(jì)性

隨著能源資源的消耗，汽車的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性已成為制約汽車工業(yè)發(fā)展的重要瓶頸，為了獲得較好的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使汽車發(fā)展更具活力，實(shí)現(xiàn)汽車整體以及組成部件的“輕量化”設(shè)計(jì)與研究是非常必要的。汽車“輕量化”是一種通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程，在保證汽車性能的前提下，不斷優(yōu)化零部件的鑄造工藝，從而進(jìn)一步減少汽車的總體重量[1]，從材料和鑄造工藝兩方面實(shí)現(xiàn)汽車零部件的優(yōu)化過(guò)程。在本文中，筆者首先分析了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體的鋁合金鑄造工藝，在滿足耐磨、耐壓等基本要求的前提下，由汽缸體的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性延伸到整體汽車“輕量化”動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的分析，從側(cè)面上論證汽車組成部件的合理“輕量化”鑄造與應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。

1. 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的結(jié)構(gòu)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體是一種復(fù)雜的薄壁箱體類鑄件，它是保證發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出的基礎(chǔ)，而在汽缸體的鑄造工藝上對(duì)于鑄件的要求較高，除了要求有較高的強(qiáng)、硬度、抗高溫、腐蝕等特性外，還要求汽缸體具有較低的表面粗糙度（目前要求在Ra25左右）[2]，這就要求清楚發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示的由四個(gè)汽缸和箱體組成的四沖程缸體結(jié)構(gòu)，其最大輪廓尺寸為535mm×396mm×346mm[3]，箱體表面有不規(guī)則的凸起，且箱體的壁厚差異較大，壁厚處可達(dá)到30mm，而薄壁處甚至在3mm以下。

從發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的材料的角度來(lái)說(shuō)，除了一方面滿足發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的要求，另一方面也要選擇“輕量化”材料。ZAlSi7Mg的組成成分簡(jiǎn)單，主要由質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.5～7.5%Si，0.25～0.45%Mg組成，且ZAlSi7Mg易于鑄造，適合汽缸體氣密性好、耐腐蝕、抗熱裂能力強(qiáng)的要求。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的鑄造，除了常規(guī)的低壓鑄造、砂型等手段外，采用基于消失模的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體鑄造，能有效的提高生產(chǎn)效率，對(duì)于控制總體的經(jīng)濟(jì)性有重要的作用。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的消失模鑄造工藝

2.1.基于UG的模樣設(shè)計(jì)思路

發(fā)動(dòng)機(jī)殼體泡沫模樣設(shè)計(jì)的一般思路是根據(jù)汽缸體的基本結(jié)構(gòu)與性能，找出代表其基本特征的模型狀態(tài)，確定其三維形態(tài)，然后通過(guò)修改三維工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)殼體消失模的設(shè)計(jì)，在UG中，首先分別對(duì)四沖程汽缸體內(nèi)、外實(shí)體造型，利用求差進(jìn)行實(shí)體之間的裁剪得到如圖1所示的模樣三維結(jié)構(gòu)圖。

2.2.澆注方式的選擇

發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的澆注一般選擇頂注式，一方面它能迅速的實(shí)現(xiàn)澆注，且保證澆注過(guò)程中金屬液的溫度損失最小，另一方面可以提高鑄件的成品率，有利于對(duì)成本進(jìn)行控制，頂注式澆注方案如圖2所示。

2.3.殼體的消失模設(shè)計(jì)

殼體的消失模設(shè)計(jì)與制造可以利用CAM實(shí)現(xiàn)，如圖3所示的流程，首先明確發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的基本結(jié)構(gòu)尺寸，然后為了節(jié)約生產(chǎn)成本，選擇模具材料為EPS珠粒，進(jìn)行消失模毛坯的制造，之后對(duì)毛坯進(jìn)行精粗兩次加工，根據(jù)設(shè)置的基準(zhǔn)孔進(jìn)行程序校驗(yàn)，之后依次從型腔、曲面、分型面等處進(jìn)行加工，最后人工進(jìn)行修補(bǔ)，完成模具的設(shè)計(jì)后，模樣簇的組裝分階段進(jìn)行，將產(chǎn)品模樣和澆道口組裝起來(lái)浸涂消失模涂層，等到烘干之后再進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的澆注生產(chǎn)。

3.“輕量化”發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性

忽略其他因素的影響，只考慮汽車的質(zhì)量，可見功率Pe∝mv。而從發(fā)動(dòng)機(jī)殼體輕量化來(lái)看，采用ZAlSi7Mg合金與灰鑄鐵相比，能有效的減少發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的質(zhì)量，大約減少30%左右，另外有資料表明，整體實(shí)現(xiàn)“輕量化”的汽車的質(zhì)量與傳統(tǒng)相比減少40%[6]，這樣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出也相應(yīng)的減少40%，然后從未來(lái)5～10年汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的鑄造預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，到2020年大約需要3000萬(wàn)輛汽車[7]，因此，采用“輕量化”材料鑄造汽車零部件能大量的節(jié)省能源消耗，對(duì)于保證汽車工業(yè)和汽車零部件鑄造的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有重要意義。

4.結(jié)論

由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的“輕量化”鑄造過(guò)程研究，進(jìn)而預(yù)測(cè)汽車整體“輕量化”帶來(lái)的良好燃油經(jīng)濟(jì)性是保證汽車零部件鑄件及汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提，目前，汽車零部件材料的發(fā)展比較迅速，對(duì)于未來(lái)，發(fā)展機(jī)械力學(xué)性能更好、質(zhì)量更輕、更符合汽車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的材料是節(jié)約能源、適應(yīng)發(fā)展需要的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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