发动机缸体消失模铸造

祁交九

（山西华恩机械制造有限公司，山西临猗044100）

·消失模与V法铸造·

发动机缸体消失模铸造

祁交九

（山西华恩机械制造有限公司，山西临猗044100）

缸体是发动机的主要部件属于复杂薄壁件，消失模铸造生产的缸体具有高的尺寸精度、重量公差，但由于缸体的结构比较复杂，所以应用消失模铸造工艺生产缸体的企业较少。本文结合多年从事消失模铸造的经验，介绍了发动机缸体消失模铸造中存在的问题与解决方案；实践证明通过选用合适的珠粒、熟化时间等工艺参数可生产出性能合格的铸件，为消失模工艺批量生产复杂件提供了新思路。

消失模工艺；薄壁复杂铸件；珠粒；缸体铸造

消失模铸造发动机缸体是我公司2005年确立的发展目标。2003年-2008年对轻型轿车的发动机缸体进行了摸索和试验。随着我公司消失模工艺的不断完善，2009年11月公司接到客户的订单，我们开发部门通过评审并确立了项目。在2010年1月成功地提交了样件，在小批量的制作过程中又对浇注系统、模型的熟化和粘接等进行了优化，并对产生的缺陷进行了验证和工艺调整。到3月份已形成了批量生产。

在试制和小批制造过程中也遇到了许多问题，在此做以简要总结。以便和大家共同探讨。

1 工艺方案

4108缸体为湿式缸体属于薄壁高强度铸件，对铸件的性能要求严格。结构如图1所示。铸件的材质为HT250，指定部位的硬度在180 HB以上；铸件厚薄断面的硬度差在30 HB以下；铸件轮廓尺寸为590 mm×340 mm×390 mm，主要壁厚5 mm，最小间隙仅4 mm，重量120 kg，属于典型的的四缸湿式水道气缸体，结构复杂，根据铸件的几何形状进行合适的分片、制模，使用1 300 mm×1 200 mm×1 100 mm的砂箱进行造型。缸体的结构如图1所示。

1.1 工艺难点

1）铸造成型及形状尺寸不良，缸体类铸件的几何形状决定了其模型分片较为复杂，图2为缸体铸件的内部结构一角。选择合适的分型方式对铸件的成型和粘接具有很大的帮助，所以在前期的模型制作设计上须反复论证，确定最佳的分型方案很关键。铸件不同位置的壁厚相差悬殊，需要选择合适的收缩比例。珠粒种类、熟化状态、粘接方式、浇注系统、涂层厚度、砂型吃砂量、合适的负压度等因素综合决定了铸件的铸造成型性能及形状尺寸的稳定性。

2）另外保证缸体气道、水道、油道的无渗漏、无粘砂、内腔清洁无涂料、组织致密是满足客户交付的前提。

3）铸件的壁厚悬殊较大，在收缩过程中容易产生应力过大形成裂纹及热节部位的疏松等。

4）铸件的结构复杂，水道的死角、油道的间隙最小处仅4 mm，型砂填充困难，填充不实会导致浇注时铁水渗出，形成难以清除的铁包砂，如图3所示。

图1 4108缸体结构图

图2 缸体内部结构一角

1.2 铸造工艺设计

1）主要设备采用间歇式预发泡机、聚苯乙烯泡塑成型机、三维振实台、1.5 t中频电炉、双钩式抛丸机等设备。

2）选用EPS珠粒，密度控制在18 g/L～23 g/L。根据不同模片几何形状选择合适的珠粒密度，以获得合格的模片。参见图4所示的模片。

图3 铸件粘砂

图4 密度合适的模片

3）熟化时间、温度的合理选用保证模片的质量的稳定性，在45℃～55℃的熟化间保证模型充分熟化。

4）模片粘接采用冷胶、热熔胶等混合使用，在保证模片之间粘接状态良好的前提下尽量减少胶的用量，在冷胶、热熔胶完全凝固的状况下方可转入下一工序。如图5所示。

图5 模片的粘接

5）浇注系统截面积比例按直浇道∶横浇道∶内浇道＝1.4∶1.2∶1.0控制，如图6所示。在直浇道底部加陶瓷过滤网，以获得纯净的铁水。采用底注式浇注系统金属液上升平稳，有利于金属液充型和分解产物的排出。

6）使用消失模专用醇基、水基涂料。保证涂料层均匀、无漏涂、堆积等现象。涂层厚度控制在1 mm～1.5 mm之间，烘干时间72 h，烘干温度45℃～55℃。确保模型完全干燥。如图7和图8所示。

7）采用40/70目的型砂，振动造型采用雨淋式加砂，加砂均匀，对模样的冲击较小，分多次加砂振动，保证砂型的填充和紧实以及模型尺寸的稳定。

图6 浇注系统的布置

8）浇注时控制：浇注温度控制在1 440℃～1 460℃，真空度控制在0.035 MPa～0.04 MPa，保压时间不低于7 min。为获得加工性能良好的铸件，在浇注时采用随流孕育，减少铸件白口倾向。

9）落砂转运清理时需注意铸件的磕碰损伤，铸件难以清理的死角除采用强力抛丸以外，还针对水道腔或油道腔进行喷丸清理。这种方式对提高内腔清洁度最有效，所能达到的清洁度水平最高，但目前仅有此类通用单机产品，尚需人工握持喷丸头伸进密封的工作室对准有关砂孔喷射，劳动强度大，环境恶劣，期待着专用的自动喷丸设备在气缸体（气缸盖）清理生产线处采用。

图7 浸涂涂料

图8 涂料浸涂及干燥

2 生产结果

针对水道内腔粘砂的问题，在挂涂时先挂半遍醇基石墨涂料，提高涂层的性能，消除了粘砂缺陷。严格控制生铁、废钢中的微量元素和杂质含量已及炉料配比，消除了裂纹和材质疏松。并适当的调整了珠粒密度、模型熟化时间以及浇注过程参数，保证了铸件的尺寸，由此生产出来的缸体经过客户加工、装机，可以满足主机厂的生产需求。

3 结论

1）根据复杂零件的结构，选择合理的浇注系统是控制金属液流向和平稳充型的前提。

2）详细的规范每一个工序的过程参数及工艺流程来提高铸件的成功率。

3）严格控制原材料中的微量元素和杂质含量已及炉料配比，是消除裂纹和材质疏松的主要措施之一。

Production of Engine Cylinder Body Casting by EPC

QI Jiao-jiu
（Shanxi Huaen Machinery Manufacture Co.，Ltd.，Linyi Shanxi 044100，China）

Cylinder body is thin-wall intricate part and one of important components and parts of engine.The cylinder body castings produced by EPC possess high dimensional accuracy and weight tolerance.But the application of EPC on the cylinder body is less than others for its intricate structure.Existing problems and solutions in EPS production process of cylinder casting were introduced combined with many years of experience on EPC.The practice showed that qualified cylinder body castings could be produced by selecting appropriate EPS beads and its ageing time，and other technological parameters，which provides new ideas for volume production of complicated castings by EPC.

EPC technique，thin-wall complicated casting，bead，cylinder body casting

TG249

A

1674-6694（2010）06-0034-02

2010-10-18

祁交九（1967-），男，主任工程师，从事消失模铸造工艺研究。