汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件的快速鑄造工藝研究

覃建文

廣西玉柴機(jī)器股份有限公司 廣西玉林 537005

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件是電動(dòng)汽車的一個(gè)核心組成部件，本身的結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，其中主要包括了大量復(fù)雜的鑄件和精煉鍛壓器，在電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)研究和開發(fā)的過程中，各種零部件和模具的研究制造往往是目前生產(chǎn)周期最長，花費(fèi)最多的環(huán)節(jié)之一。如果一旦工廠發(fā)生了設(shè)計(jì)上的更改，則必須要對工廠進(jìn)行維護(hù)修模甚至重新裝配制作一個(gè)模具，使得某一款新型引擎的推出周期非常長，影響到了企業(yè)在最有利的時(shí)間內(nèi)為爭奪市場份額[1]。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件的快速鑄造技術(shù)

雖然快速成型技術(shù)已經(jīng)有效克服和完善了復(fù)雜零件的生產(chǎn)工藝和成型困難，但由于我們對快速成型的工藝和最終零部件所獲得的材料有局限性，使得通過這種快速成型方式所獲得的零件難以做到與實(shí)際上最終零件相同的生產(chǎn)工藝和材料。在零件的各項(xiàng)性能指標(biāo)中，也是無法完全滿足最終應(yīng)用時(shí)零件的要求，因此直接采用RPM技術(shù)進(jìn)行制造時(shí)得到的三維實(shí)體一般都是只能夠被當(dāng)作一個(gè)可視化模型和裝配式模型，而不是作為一個(gè)功能性的樣機(jī)來對其進(jìn)行各種測試和應(yīng)用的檢驗(yàn)。

快速鑄造的主要工藝和生產(chǎn)流程是利用選取的激光燒結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速鑄造，其主要途徑有兩種：一種采用快速砂型鑄造，通過激光燒結(jié)鑄造使用熱固化樹脂砂，再通過砂型鑄造獲得的鑄件；另一種是采用熔?？焖勹T造，用激光直接燒結(jié)可消失的樹脂粉末或蠟粉，再通過精密鑄造的工藝即可得到高質(zhì)量的鑄件。兩種設(shè)計(jì)模型的最大共性之處在于其均忽視和省去對模型的制作。因此，特別適合在單件或者是小批量生產(chǎn)中使用，能夠極大地減少其生產(chǎn)周期。

用快速燒結(jié)砂型鑄造工藝進(jìn)行加工燒結(jié)砂型，首先我們需要按照零件的三維CAD毛坯模具來進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造生產(chǎn)一種可以直接進(jìn)行加工的組合式激光燒結(jié)加工砂型模具，再將激光燒結(jié)和加工砂型模具的各個(gè)部分經(jīng)過軟件多維分層處理進(jìn)行變形后構(gòu)成為快速燒結(jié)裝置和加工砂型模具，就已經(jīng)可以直接進(jìn)行激光燒結(jié)和砂型模具的成形。由于采用激光掃描的步驟和速度非常迅捷，樹脂在整個(gè)成型過程中并沒有做到完全地固化。成型后把未經(jīng)燒結(jié)的浮沙全部徹底清除干凈后，砂型通常還必須被放入至加熱箱中，再對其進(jìn)行二次固化。經(jīng)二次固化所取得的砂型即能夠達(dá)到像用射芯電動(dòng)機(jī)制造得的砂型那樣的性能。由于目前發(fā)動(dòng)機(jī)零件大多數(shù)都采用快速砂鑄造，所以快速采用砂式鑄造的現(xiàn)象也逐步發(fā)展成為了目前發(fā)動(dòng)機(jī)零部件在制作工藝流程中最常用且效率最高的手段。

熔?？焖偌訜徼T造的方法主要是用各種材質(zhì)的樹脂粉末或蠟粉等物質(zhì)作為主要材料，將對零件的三維毛坯CAD模型直接地經(jīng)過分層加熱和處理后，用高溫電子激光將其粉末直接逐層地加熱燒結(jié)形成與零件的三維CAD毛坯相同的精密加工熔模，再將其直接經(jīng)過石膏型或者是陶瓷等各種類型的鑄造即可以獲取正常使用時(shí)所需要的鑄件。這種材料主要采用快速精密鑄造的工藝流程方法制備生產(chǎn)出來的，由于它們的表面質(zhì)量好、準(zhǔn)確性高，不必經(jīng)過研磨細(xì)砂模型等步驟，工藝流程也就相對簡單[2]。

2 應(yīng)用案例

采用高效、精細(xì)化的鑄造工藝來生產(chǎn)鋁合金進(jìn)氣管等零部件。從我們接受到的零件三維cad的數(shù)據(jù)直至第一批零件毛坯完工所需的持續(xù)時(shí)間才可能只有10天左右，其中第一批零件的熔模迅速成型大約每次需要1天，熔模鑄造則大約每次需要7天，其他后期處理和質(zhì)量檢查則大約需要2天。進(jìn)氣道系統(tǒng)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)非常重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)和組成部分，由復(fù)雜的自由彎曲表面所組織而逐步形成，它大大提高了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，對于改善柴油燃燒環(huán)境也具有十分重要的指導(dǎo)意義。在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中，就需要針對發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道做出相應(yīng)的測試。

雖然發(fā)動(dòng)機(jī)相對于汽車的進(jìn)氣管，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和氣門的缸蓋等零件的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是快速成型工藝最大的優(yōu)點(diǎn)之一便是與零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度并沒有太多聯(lián)系，越復(fù)雜的零件就越適合應(yīng)用快速成型工藝。由于這些汽車的缸體和氣門在內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜且其壁厚相對較薄，所以我們在設(shè)計(jì)制造這些汽車零部件時(shí)最好采用的一種方法是快速地進(jìn)行砂型鑄造。發(fā)動(dòng)機(jī)殼體鑄件與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋鑄件正常生產(chǎn)周期平均在2-3周之間。由于其鑄造工藝和最終產(chǎn)品的極為接近，零件大小尺寸的精度與機(jī)械特性都很好地與最終產(chǎn)品中的其他零件相比，具有很強(qiáng)的可比性。因此，快速砂型鑄造的缸體和發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋可以直接作為發(fā)動(dòng)機(jī)各種特性的測試，例如對發(fā)動(dòng)機(jī)的氣道進(jìn)行了流動(dòng)性能的分析，對發(fā)動(dòng)機(jī)的水道進(jìn)行了冷卻性能的分析[3]。

3 結(jié)語

快速成型與鑄造工藝相結(jié)合，衍生了一種快速成型鑄造的技術(shù)，其主要工藝特點(diǎn)就是簡捷，準(zhǔn)確，可靠并且具有擴(kuò)展性，可以有效應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)研究和開發(fā)階段中樣機(jī)的快速成形。其特別適用于單件及小批量生產(chǎn)中的試制和研發(fā)生產(chǎn)，可以迅速反映市場需求并為客戶提供針對小批量生產(chǎn)中的檢測和試驗(yàn)，有助于最大概率保證汽車零件的發(fā)動(dòng)機(jī)制造和零部件開發(fā)。其具有良好地滿足設(shè)計(jì)或生產(chǎn)過程中對零件和設(shè)備流程可控制的要求，并且在設(shè)計(jì)研制階段能夠采用較少的費(fèi)用和即時(shí)糾正，以便于設(shè)計(jì)或生產(chǎn)中所需要的零部件進(jìn)行檢測和設(shè)計(jì)，這樣能夠有效地幫助企業(yè)得到大幅度地改善和提高生產(chǎn)，并且確保生產(chǎn)質(zhì)量。它快速地成型所用原材料的主要特點(diǎn)就是多種類型，為產(chǎn)品研制和生產(chǎn)階段的設(shè)計(jì)者提供了各種工藝和技術(shù)的組合。