隨著人們對環(huán)境的日益重視以及能源的緊缺,，汽車輕量化已經(jīng)是大勢所趨。采用鋁合金零件替代鋼鐵零件是降低汽車重量的有效措施,，同一零件采用鋁合金要比鐵合金質(zhì)量輕65,，因此增大鋁合金在汽車上的應用已經(jīng)成為汽車零部件發(fā)展的主要趨勢。缸體缸蓋是汽車最重要的部件,，同時也是汽車上最重的鑄件,，因此采用鋁合金壓鑄件
生產(chǎn)缸體缸蓋可以在一定程度上減少汽車的重量,。如今幾乎所有的轎車缸蓋和大部分轎車缸體采用鋁合金生產(chǎn)。
但是,，由于缸體缸蓋具有結構復雜,、強度高、形狀復雜且尺寸精度要求高,、工作條件惡劣等特點,，因而鋁合金缸體缸蓋鑄件的合格率普遍比較低。如今,，隨著發(fā)動機效率的不斷提高,，發(fā)動機的內(nèi)部構造變得越來越復雜，發(fā)動機的技術要求也變得越來越高,。因此,，如何提高缸體缸蓋的制造水平是當今鋁合金缸體缸蓋鑄造的重要課題。
一,、缸體缸蓋鑄造工藝
1,、金屬型鑄造
金屬型鑄造工藝是鋁合金缸體缸蓋鑄造的傳統(tǒng)工藝。該鑄造方法具有鑄件冷卻快,、組織細密,、力學性能高等優(yōu)點，其鑄件質(zhì)量明顯高于砂型鑄造,。但是金屬型不透氣,、無退讓性，易產(chǎn)生氣孔,、裂紋、澆不足等缺陷,。因此在采用金屬型鑄造時須合理設計澆注系統(tǒng)以避免缺陷的產(chǎn)生,。其次，金屬型制造成本高,、周期長,，因而不適合單件、小批量生產(chǎn),。
該工藝主要應用于簡單的缸體缸蓋鑄造,。一般缸體缸蓋的外形采用金屬型，而內(nèi)腔采用砂芯,，這樣使得金屬型鑄造缸體缸蓋簡單便利且工藝靈活,。德國奔馳汽車公司麥庭根鑄鋁廠采用Mecanasa公司制造的12工位金屬型鑄造機，年產(chǎn)量達到12000t氣缸體,。在國內(nèi),，天津市汽車發(fā)動機制造廠早在1987年便自行設計制造了鋁合金汽缸蓋自動金屬型鑄造機組,，并投產(chǎn)。此外如一汽和上海大眾等企業(yè)也采用金屬型重力鑄造大量生產(chǎn)缸蓋,。
2,、壓力鑄造
壓力鑄造(簡稱壓鑄)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔,，并在壓力下成型和凝固而獲得壓鑄鋁件
的方法,。它是鑄造業(yè)中一種先進的有色合金精密成型技術。在產(chǎn)品向精密化,、輕量化,、節(jié)能化和綠色化制造的發(fā)展趨勢中，它是轎車用鋁缸體缸蓋最廣泛,、最普遍采用的方法之一,。
高壓鑄造具有鑄件尺寸精度高、表面光潔度好,、機械加工余量小,、廢品率較低、鑄件一般不需要熱處理,、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點,。但是壓鑄中，金屬也一般在55~120MPa的壓射比壓下充型,，故而型芯只能采用金屬型芯,，所以它不能鑄造出復雜內(nèi)腔的零件，只能鑄造開艙結構的缸體,。同時由于金屬液流速高,，在澆注過程中極易卷入氣體而產(chǎn)生氣孔。所以在壓鑄中對射壓及金屬液的流速應該嚴格控制,。
國外寶馬,、雷諾、通用,、本田等企業(yè)在上世紀90年代已經(jīng)開始大量使用壓鑄機進行鋁合金缸體缸蓋鋁壓鑄件
的生產(chǎn),。國內(nèi)，廣州東風本田發(fā)動機公司在2001年從日本宇部引進了國內(nèi)第一條壓鑄生產(chǎn)線,。該生產(chǎn)線使用25MN壓鑄機,，產(chǎn)品不良品率控制在5%以內(nèi)。
3,、中壓鑄造
隨著發(fā)動機功率及效率的提高,，轎車發(fā)動機缸體變得越來越復雜，此時壓鑄的缺點變得更加明顯。為解決壓鑄不能使用砂芯的缺點,，日本Toukei公司通過對壓鑄的改進,，提出了新的鑄造方法一中壓鑄造。該鑄造方法是壓射比壓從壓鑄的55~120MPa降低到5~30MPa,，從而使中壓鑄造能夠使用砂芯,，使其能夠鑄造出復雜內(nèi)腔結構的缸體。
4,、低壓鑄造
低壓鑄造是介于重力鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法,。鋁液在很低的壓力(約30kPa)下由下而上充填型腔，通常采用金屬型和砂芯,，可以獲得閉艙結構的缸體,。
低壓鑄造具有鑄造材料利用率高，充型平穩(wěn)且充型速度便于調(diào)節(jié),，容易形成方向性凝固的特點,，鑄件內(nèi)部缺陷少，可以獲得完美鑄件,，使用砂芯可以鑄造出復雜內(nèi)腔結構的零件,。但是低壓鑄造生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)率低,。雖然充型時間僅需10~15s,，但保壓時間需3~6min，整個生產(chǎn)循環(huán)達10~11min,。
該鑄造方法生產(chǎn)效率低,，并且廢品率很高，因而只有少數(shù)企業(yè)采用該鑄造方法鑄造缸體缸蓋,。國外通用和奔馳汽車公司采用該鑄造方法生產(chǎn)內(nèi)腔結構復雜的6缸或8缸的發(fā)動機缸體,。
5、消失模鑄造
消失模鑄造的基本原理是采用與所需鑄件形狀完全相同的泡沫塑料模(該模已考慮鑄件的收縮率),，將其代替鑄模進行造型,，泡沫模樣不取出，呈實體鑄型,，澆入金屬液使其氣化后形成鑄件。
與傳統(tǒng)砂型鑄造相比,，消失模取消了混砂制芯等工序,，縮短了生產(chǎn)周期；鑄件加工余量小,，壁厚均勻度高,。但是消失模工藝復雜，生產(chǎn)線價格較貴，前期投入成本較高,，因而使用受到了一定-,。消失模鑄造的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在復雜結構鑄件的大批量生產(chǎn)，批量越大,，鑄件越復雜,，其優(yōu)越性和經(jīng)濟效益就越高。如美國通用公司薩金諾鑄造廠采用5條消失模制模線,，5臺預發(fā)泡機,，29臺成型機，年產(chǎn)量在2002年達到了50萬件鋁缸體和50萬件鑄鋁件
缸蓋,。國內(nèi)目前還僅僅處于小批量的試制階段中,，并且與國外先進水平差距明顯。
6,、Cosworth法
Cosworth法,，即冷芯盒砂芯組芯造型。它是一種精確鋯英樹脂自硬砂的組芯造型,，在可控氣氛,、壓力下充型的鑄造工藝。該鑄造方法與低壓鑄造相似,，它們的不同在于：①砂芯采用鋯砂,，其膨脹率很小且恒定，有利于獲得尺寸精度高的鑄件,；②使用電磁泵代替氣壓為金屬液的上升提供動力,，這樣就可以用電腦精確控制金屬液的澆注，使金屬液充型平穩(wěn),；③鋁液是在保護性氣體下熔化,、精煉、澆注,，很少接觸到大氣,，避免了鑄渣的形成以及金屬液的吸氣。因而和前面幾種鑄造方法相比,，該鑄造方法更容易得到質(zhì)量較高的鑄件,。但是由于鋯砂的導熱性極好，因而較難澆注出壁厚小于4mm的鋁鑄件,。
Cosworth法最初應用于鑄造一級方程式賽車用發(fā)動機缸體缸蓋,，以及航空鑄件的小批量生產(chǎn)。在20世紀80年代初期福特公司通過對該技術的改進,，使其符合大批量生產(chǎn),，并建立了采用該技術進行生產(chǎn)的全自動鑄鋁廠，該廠具備年生產(chǎn)89萬件的生產(chǎn)能力，其得到的鑄件成品率穩(wěn)定在90%以上,。目前除福特廠外,，還有德國Alcast鑄造廠、墨西哥Casttech鑄造廠(該廠主要為通用汽車生產(chǎn))采用該技術生產(chǎn)缸體缸蓋,，不過它們主要用于生產(chǎn)V-6,、V-8型缸體缸蓋。
二,、總結及展望
鋁合金缸體缸蓋鑄造工藝的選擇不僅僅是為了鑄造出高質(zhì)量的鑄件,，而且需要與工廠自身生產(chǎn)條件和生產(chǎn)的缸體缸蓋結構相結合。目前大多數(shù)缸蓋采用的是金屬型鑄造和低壓鑄造,，而簡單缸體的生產(chǎn)絕大多數(shù)采用的是高壓鑄造,，對于內(nèi)腔結構比較復雜的缸體一般采用消失模鑄造和Cosworth法。
壓鑄由于效率高,、鑄件質(zhì)量較好,、效益高等優(yōu)點，因此至今后很長一段時間內(nèi)它將仍然是生產(chǎn)簡單缸體的主流生產(chǎn)工藝,；而低壓鑄造則是生產(chǎn)缸蓋的主要生產(chǎn)工藝,。但是，隨著科技的發(fā)展,，由于Cosworth法所使用的設備價格將逐漸降低,，其鑄造工藝將會進一步改善；同時,，隨著消失模工藝的發(fā)展和改進,，很顯然Cosworth法和消失模工藝必將是未來發(fā)展的主流工藝。
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