铸造铝合金发动机

仕泰隆国际工贸城全球招商热线051786299999网址WWWSTLJTCOLLT铸造铝合金发动机肖九梅武汉蓝天机械材料公司湖北武汉430055【摘要】针对铸造铝合金是发动机轻量化的首选材料，论述了铝合金的发动机机体及其铸造工艺，介绍了铸造铝合金缸盖及其工艺技术，研究了铸造铝合金活塞，同时指出了节能环保铝合金发动机的发展趋势。关键词铸造铝合金；发动机；工艺技术；发展趋势中图分类号TG249；TG157文献标识码BCASTINGALUMINUMALLOYENGINE【ABSTRACTACC0RDINGTOTHECASTINGALUMINUMALLOYISTHEFIRSTCHOICEOFENGINELIGHTWEIGHTMATERIALS，THISPAPERDISCUSSESTHEALUMINUMALLOYENGINEBODYANDCASTINGPROCESS，THEPAPERINTRODUCESTHECASTINGALUMINUMALLOYCYLINDERHEADANDITSTECHNOLOGY，THECASTINGALUMINUMALLOYPISTON，ANDATTHESAMETIME，POINTSOUTTHATTHEENERGYCONSERVATIONANDENVIRONMENTALPROTECTIONALUMINUMALLOYENGINEDEVELOPMENTTRENDKEYWORDSCASTINGALUMINUMALLOY；ENGINE；TECHNOLOGY；DEVELOPMENTTREND1引言铝具有比强度高、耐腐蚀性能优良、适合多种成型方法、较易再生利用等优点，是汽车工业应用较多的金属材料，特别是能源、环境、安全等方面的原因使对汽车轻量化的要求越来越迫切，使用轻量化材料是实现汽车轻量化的重要途径，而铝是现代汽车发动机应用得比较成熟的轻量化材料，近1O年来，铝在汽车上的用量和在汽车材料构成比中所占份额都有明显的增加。由铝合金制造的制件已经遍及汽车的发动机、底盘、车身等各个部分，甚至在国外已有全铝汽车面世，如图1所示。铸造铝合金是轻量化首选材料，在轻量化材料中起到特别重要的作用。图1铸造铝合金发动机2铸造铝合金是发动机轻量化的首选材料在汽车工业发达国家，汽车用铝铸件占到各类铝铸件产量的大半。例如日本，铝铸件的76，压铸件的77为汽车铸件，如在德国的试验车中，铝合金使用率已达到全体材料的30，铝的导热性好，是制造制冷设备、散热器、热交换器的好材料，以可用铝铸造或压铸成型的活塞、气缸盖、气缸体等零件，活塞使用铝是轻量化效果最好的例子。在美国和欧洲，各类铝铸件用的新铝合金也多次被开发，因此，未来汽车的材料构成比例中，欧美地区的铝将成为主要材料。用于汽车发动机上的铝合金大体上可分为铸造铝合金、变形铝合金和铝基复合材料。铸造铝合金在汽车发动机上的各种附件。与铸铁比，铝的导热性能约高3倍，因而最适于必须要散热的热交换器零件上，这也是铝活塞所要求的特征由于铝的熔化温度低、流动性好，故易制造复杂形状的零件。根据表面处理及使用条件，可直接作为轴承面使用，也可用于气缸体。机械制造业广泛用铝和铝合金制造发动机零部件，如活塞、气缸等。这是因为铝及其合金不但密度轻而且能达到所要求的强度，从而能降低在运转中的能量消耗62模具制造2013年第3期CEPC国05际12工577贸588城88中国昆山网址嗍STUTCOILL或者在使用相同能量的条件下大大地提高运转速度，同时也有可能延长机件的使用寿命。灰铸铁气缸体改用铝合金铸造，必须满足如下一些额外的要求1确保气缸筒滑移表面耐磨不易变形。首先是气缸筒活塞活塞环摩擦副的耐磨性和摩擦学问题。活塞和活塞环由于作为摩擦副耐磨性和摩擦学特性不好而不能直接在铸铝合金气缸筒上工作。解决的办法是在铝合金气缸体中铸入或嵌入其他材料的气缸套，或者在气缸筒上涂敷其他材料。其次是气缸筒之间区域的变形问题。该区域的应力是由热应力和由于安装力、气缸的内压力引起的机械应力叠加在一起形成的。在较高的最大爆发压力下，首先是动载荷提高了，以致气缸筒之间的区域出现明显的变形和应力。为了改变这种局面，必须使气缸筒之间的区域达到足够的尺寸，还要采用合适的形状，同时采取有效的冷却措施。2满足传递力流的要求。现代铝合金具有足够的强度可以用作发动机气缸体材料，但成问题的是螺纹连接部位。螺纹孔中的螺纹会由于装配而发生局部的塑性膨胀。装配以后，全靠螺纹孔口上的最前面几道螺纹承受作用力。由于有很高的静载荷，可以在这个区域观察到对这种铝合金而言相当典型的局部塑化现象。如果在预装配或者后来的维修过程中多次将螺栓连接、松开又重新装上，那么情况就会变得很严峻。高的热载荷与机械的交变载荷叠加在一起，会引起材料的疲劳，同样可能导致螺栓连接的失效。另一种铝合金气缸体失效方式是，从螺纹孔出口的螺纹槽底部延伸出来的裂纹。由于钢螺栓和铝合金气缸体之间弹性模量和热膨胀系数的差异，在发动机运行过程中，主要依靠螺栓和螺纹孔的最后几道共同的螺纹承担着载荷。3控制主轴承间隙的扩大。铝合金相对于钢或者铸铁具有较高的膨胀系数，曲轴必须用钢铁制造，机体如果全部用铝合金制造，受热后主轴承间隙将会扩大。在灰铸铁曲轴箱中，主轴承间隙几乎不随温度变化。全铝发动机热态运行时主轴承间隙会扩大1倍以上，机油流量会相应地增加到全灰铸铁方案的近6倍。机油泵必须扩大，这在一台2L，4缸发动机中几乎使发动机摩擦功增加10。气缸体轻量化的节油效果甚至还不足以补偿由此引起的油耗上升。如果在铝发动机机体中采用灰铸铁轴承盖，则可在机油流量和摩擦学特性方面获得明显的改善。主轴承间隙的增大还会对发动机的声学激励产生不利的影响。主轴承间隙以30501XM为最佳。主轴承间隙超过100M，则激振剧增。在现代车用水冷发动机或空冷发动机上可见，铝气缸体有全铝型和缸孔中装人铸铁缸套型。为降低成本和更进一步轻量化，提倡用全铝型，对此研发耐活塞环滑动、耐磨性优良的铝合金是十分必要的。美国GM公司采用全铝缸套，法国车的铝气缸盖已达100，铝气缸体已达45；美国福特公司NGT货车发动机气缸盖、ZETA4缸机、MODULARV6V8机、克莱斯勒公司新V6发动机缸体和缸盖都使用铝合金材料；克莱斯勒公司JEEP吉普5缸机38LV6和道奇货车发动机改用铝合金缸盖，日本的日产汽车公司NISSAN在MAXIMA麦克西马车上使用了新型的VQ系列V6发动机，其特点是在制造这种发动机的铸铝缸体时，使用了高压模式工艺HPDC。这种工艺可改善浇注、增加强度，尤其适于薄壁气缸，该缸体比原来的缸体轻50以上。日产公司一VQ和丰田公司的LEXUS凌志IMZFEV6发动机均使用了铸铝油底壳；通用公司也在57LCORVETTEV8发动机上使用这种油底壳。此外，日产公司VQ气缸还采用了铝气门挺杆。由于铝的再生效果显著，本由公司在美国的制造厂还将回收铝用于发动机零件的制造上。3铝合金的发动机机体及其铸造工艺汽车上最重要、最复杂的铸件位于汽车的心脏发动机上。为防止汽车有“心脏病”，发动机上的主要铸件的质量尤为重要。缸体便是发动机上最大、最复杂的铸件，其壁厚最薄处往往不到3RAM，大多用高强度灰铸铁铸造，也有蠕墨铸铁的。由于汽车轻量化的进展，采用铝合金的也越多，有的汽车制造厂家甚至开始考虑用镁合金铸造缸体。生产缸体所用的铸造方法因材质不同，因各厂家条件不同而有多种选择，包括湿砂造型中的气冲造型，静压造型、高压多触头造型、无箱挤压造型、震压造型等，对于铸铝缸体，则采用低压铸造、消失模铸造、挤压铸造用铝基复合材料的预嵌缸套，压铸用抗铝液冲击的DOULER砂芯等以及半固态铸造等，还有采用砂型铸造的如DISA造型工艺。在铝合金气缸体中，处理气缸筒滑模具制造2013年第3期63仕泰隆国际工贸城全球招商热线051786299999网址WWW8TTITCOIN移表面的标准方案是采用一个用铸铁材料制成的气缸套。这种气缸套通常是铸人到铝合金气缸体中去的。在加工以后的状态下，其壁厚可以达到15或者20RAM以下。所用缸套离心铸造材料的弹性模量不比铝合金高出许多。但这种方案材料的质量较大，还容易发生气缸筒变形双金属效应，会在铸铁和铝之间形成间隙，造成较低的导热性和较高的磨损。铸铁缸套可以有不同的方案一是灰铸铁气缸套外表面涂敷涂层以解决铝和气缸套之间金属内部联接的问题，从而避免形成间隙；二是气缸套采用粗糙的、能阻止分离的外表面形状并与压铸工艺相结合，提供了一种非常良好的机械铆固组合体。另一种解决方案是铸入耐磨的铝合金气缸套。为此，目前存在两种工艺方法采用通过在纤维材料中渗人铝熔液而制成的预成型件，从而导致随地点而改变的材料特性，这种技术主要是与挤压铸造结合在一起使用的；采用激光或等离子体涂敷工艺，借助于激光或等离子体射束在铝合金气缸筒表面上涂敷一层仅几十微米厚的耐磨涂层。广义地说，这个涂层也算是一种缸套。不过，对有待涂敷的工件有很高的要求。对于20L的46铝合金气缸体来说，如果要求达到20MPA的缸内最大爆发压力，那么采用铸铁缸套时，气缸筒之间的区域很难小于LOMM。如果在气缸筒上直接涂敷涂层，例如在批量生产中采用激光或等离子体涂敷工艺，那么情况就会好一些。利用这些方法，气缸筒之间区域的最小宽度缩小了L2MM，借此赢得的空间可以用于采取冷却措施，除了减轻质量以外，采用激光或等离子体涂敷工艺还能减少摩擦损失和提高耐磨性。铝合金较低的强度及其蠕变倾向以及螺纹孔与螺栓之间不同的热膨胀，这些都十分有必要采用铸铁和轻型结构材料的混合结构，就是说，既非全铁，又非全铝。直列式铝合金机体配用球墨铸铁主轴承下体结构，采用了贯通的拉杆螺栓，铸人球墨铸铁镶嵌件，并且在气缸体和油底壳之间加人铝质的机体中间框架；V形铝合金机体中铸入球墨铸铁镶嵌件，并且采用贯通拉杆螺栓的结构。机体中间框架和底板结构都能够为变速器提供支承，从而增强整个动力总成的刚度。各种结构形式都有一个共同的特点，就是采用铸铁的主轴承下体，利用铸铁承受高的缸内最大爆发压力所产生的力流，而且主轴承具有与曲轴相近的热膨胀系数。这除了有助于解决力流传递外，还解决了主轴承间隙扩大的问题。这种结构决不逊色于全部采用灰铸铁的发动机。通过改进曲轴箱形状，能够创造一种有利于降低固体声的先决条件。目前，在发动机结构中常见的曲轴箱结构可以分为长裙和短裙两种。长裙结构能够用机体中间框架去增强无依无靠的曲轴箱裙部，机体中间框架可以带、也可以不带主轴承连接结构；或者利用横向螺栓连接使曲轴箱裙部得到增强。这样一来，就可以减少与声学特性密切相关的主轴承盖的振动。短裙结构曲轴箱几乎都与机体中间框架或者底板组合在一起。有一种特殊的方案是将中间框架的功能整合到油底壳上体这个零件中去。这种设计刚性可以非常好，因为几乎是封闭的。如果采用底板，那么主轴承和曲轴箱下体整合在一起，底板就成为刚性最好的解决方案。但是，此时往往为了控制主轴承的扩大而不得不采用一个费用高昂的铸人件。所以，将一个中间框架油底壳上体组合在一起往往是最佳解决方案。无论是底板结构还是机体中间框架结构，如果同时还用于支承变速器，则构成发动机变速器组合结构的增强概念，都能够相对于原型机的灰铸铁机体达到非常良好的结构传递特性。除了改善声学特性以外，通过这种方式还达到了良好的整车振动特性。此外，铝合金和镁合金的耐磨性较差，不能满足气缸筒表面的要求。而且，它们的蠕变强度有限，而这种蠕变强度是设计中必须加以考虑的。这些缺点可以通过改善结构加以补救，但这将使成本上升得更高。铝合金和镁合金相比，镁的强度指标胜铝一筹，密度也更小，所以在汽车上早就有所应用，例如桑塔纳轿车的变速器壳体一直采用镁合金压铸。可是，镁合金的导热性远不及铝，仅处在灰铸铁的水平上，以致在气缸筒变形和气缸筒之间的薄壁区域的材料热载荷方面出现其他问题。利用压铸镁合金可以使一台2L发动机机体的质量减轻到15KG以下，但是它的成本较高。有人认为，镁合金作为曲轴箱材料目前在大批量生产中没有什么吸引力。尽管如此，奥迪公司最近还是成功地将一台升功率达到67KWL的5气门、18L涡轮增压汽油机的灰铸铁气缸体改成了镁一铝混合材料气缸体，使发动机整机质量从145KG降为122KG。选择铝合金作为机体材料是目前发动机轻量化的有效途径，如图2所示。64模具制造2013年第3期CEPC。5际12工577贸588城88中国昆山网址、】LJWWSTLTCOLLL图2铸造铝合金缸体铝合金机体的铸造工艺从原理上可以分成多次使用的铸型金属型和一次使用的铸型砂型。砂芯的制造方法也有所不同。当今在大批量生产中最为常用的是砂型重力铸造和压铸。砂型重力铸造在成型方面提供了最大的自由度，可以采用封闭的气缸盖连接面闭式顶板。如果生产件数较高年产20万件以上，那么压铸是一种经济的解决方案。压铸能以很短的节拍、精细的表面质量和精确的尺寸实现铸件薄壁结构。然而，由于熔融金属充型压力很高不能使用砂芯，水套通常必须往上敞开开式顶板。这意味着气缸筒缺乏径向的支撑。但是，即使如此也未必会导致气缸筒严重变形。现在，甚至直喷式柴油机都可以做成开式顶板结构。此外，压铸快速的充型过程易导致气泡的生成，以致无法通过热时效硬化改善力学性能。这个缺点可以利用挤压铸造加以避免，因为这种工艺采用的压力较低，使得充型过程明显地减缓，有可能进行补缩。此外，压铸对于水套的长度有着间接的影响。由于气缸直径、拉杆螺栓的位置、密封法兰最小宽度以及必需的通常为O5。的起模斜度等因素，实际制成的压铸机体的水套通常至多只能覆盖活塞行程的70。这会降低通过活塞环的热流量，提高机油的热负荷。在机体结构方面，压铸有一些局限性。不过这些均可通过技术手段加以控制。机体是否采用压铸的工艺，首先还是取决于生产批量。对于高负荷发动机来说，选择砂型铸造更能通过合适的造型工艺、合金优化和热处理来生产可靠、耐久的发动机机体。从零件成本看，充分利用砂型铸造在成型方面较大的自由度，还可以将各种功能整合到气缸体中去，在总体上减轻质量，提高经济效益。4铸造铝合金缸盖及其工艺技术缸盖也是汽车上既复杂又关键的铸件，发动机的燃烧室、进气口、排气口都位于缸盖上。缸盖的材质可以是高强度灰铸或蠕墨铸铁，但应用最广的还是铝合金缸盖，而镁合金缸盖也开始使用。缸盖的铸造方法较多，诸如砂型铸造、金属型重力铸造、低压铸造、消失模铸造、压铸采用DOULER砂芯等和新兴的半固态铸造等。以金属型重力铸造铝缸盖为例。缸盖的外形皆由金属型形成，可采用计算机自动控制金属型的型温。部分内腔由砂芯形成，砂芯的制造工艺与前述缸体的制芯过程基本相同，主要是芯砂粘结剂和砂芯涂料不同。在铝铸造行业中，汽车发动机铝合金汽缸盖是一种结构复杂、壁厚不均匀的铸件，铸件壁厚一般为3045RAM最薄处只有25MM左右，尺寸精度及力学性能要求高，而且不同类型的发动机缸盖结构、形状也千差万别，因此，铝缸盖的铸造工艺难度大，成品率业内较好水平也不过在85左右。目前，常用的铸造方法有金属型重力铸造法；金属型低压铸造法；砂型铸造法；消失模铸造法等。目前462Q、465Q铝缸盖常用金属型重力铸造，其凸轮轴、摇臂轴与缸体为整体结构，凸轮轴、摇臂轴处与其它处壁厚相差较大，在生产中采用的铝硅合金牌号为ZLIO1A。在制芯、熔化、浇注、开型、清理及粗加工、热处理等整个工艺过程中，每个环节对铸件的质量都有很大的影响，控制不好将产生氧化夹渣、气孔气泡、缩松、裂纹、冷隔、针孔等铸件缺陷。铝合金熔化可采用反射炉，但氧化、吸气严重，烧损失、温度难控、浪费能源、污染环境。采用感应电炉时，铝水在炉内的翻腾有利于成份均匀化，但感应炉磁场对测温仪有干扰，感应炉的维修较难，值得广为采用的是连续高效燃气炉，可实现炉料预热、连续熔化、成份均匀、温控精确、节约能源、适于大量生产。应注意炉料要洁净，除用一般的铝液清炼，变质处理方法外，可采用铝合金熔剂喷吹综合处理装置，使精炼、变质、品粒细化一步完成。缸盖的传统浇注方式为底注式，便于铝液的平衡充型。现在多采用顶注式，与铸型的冷却系统相配合。更便于顺序凝固的形成，从而显著提高铸件的致密性。浇注过程中铸型的排气要通畅，多采用自动浇注包括单机式，双机组式以及多机组直列式。而多工位转盘式浇注机更适合大批量生产，但投资大。多机组旋转式浇注机则投资较少。铝液铸型的维护很重要，可定期用喷模具制造2013年第3期65仕泰隆国际工贸城全球招商热线051786299999网址WWWSTLJTCOM射小颗粒干冰的方法来清除铸型的积垢，此法简便易行，不污染环境。浇注后的铝缸盖铸件在清理线上锯掉浇冒口、铣平面，经渗漏试验后，往往经粗加工和铣加工定位点之后才能装车使用。尽管铝合金缸盖的生产方法有多种，但主流的制造工艺则是金属型铸造和低压铸造，其中欧洲和中国以金属型为主，而日本、美国则更多采用低压铸造，发动机缸盖现已全实现铝合金化制造。相对于重力金属型铸造，低压铸造由于是在压力下充型和结晶凝固，因而具有成形质量好、工艺出品率高等优点，但对于形状复杂、性能要求高的缸盖铸件，则存在着工艺复杂，控制要求高等技术难关。缸盖的低压铸造工艺方案一般为一根升液管，多个浇口即多权分流的形式。铝合金缸盖的材料一般选择AISICU系合金如ZL105和107。如果对延伸率和耐腐蚀性有要求，也可以使用ZLIO1和ZL104。为获得高质量的金属液，标准操作应使用AR气旋转吹气精炼并加人SR变质及AJTIB细化晶粒。浇注前模具预热至200左右喷涂料。缸盖的形状复杂，应特别注意不同部位的涂料厚度不同。一般部位涂料厚度控制在0102MM。精度要求高如燃烧室表面应采用颗粒细小的涂料，厚度为008RAM左右；而对于浇口、冒口、内浇道等需要缓慢凝固的位置可适当厚一些，一般为05LMM左右。铝液温度对缸盖内部缺陷、外观质量有很大的影响。浇注温度在680730的范围内为宜，实际操作中温度偏差应控制在2O以内。低压铸造的特点是获得良好的顺序凝固，后此报具温度控制在低压铸适中待别重要。上述温度场及提高缸盖铸件性能和缩短生产周期，必须对上模和侧模实施强制冷却。一般分为水冷和气冷，采用多路设置，每路单独自动控制流量和压力。水冷却采用压送式水泵，以解决模具内部因高温汽化产生气阻造成水流不畅的难题，气冷则是通以压缩空气。因缸盖具有多个浇口，两个浇口之间的距离近会导致位于浇口间的铸件部位温度上升，使浇口和该部位的凝固顺序相反。因此须在此部位设置局部强制冷却，以得到所需的温度梯度。从模具寿命和安全陛考虑，冷却时应以间接冷却为主，在局部铸件厚度较大处可采用直接冷却方法。对于冷却强度有时间控制和温度控制两种方式，时间控制即控制通水或气的时间，该方法简单易行，但精度不高。温度控制则是在冷却位置出设置热电偶，根据热电偶测得的温度大小由PC来开启或关闭冷却水或气，控制精度相对较高。近年来，凝固数值模拟技术的发展为缸盖的低压铸造工艺优化提供了很好的参考依据，它可充分把握不同条件下的凝固测试结果，强化铸造工艺过程控制，确保铸件质量。从充型到浇口凝固的时间称为加压时间，受温度的影响很大。在稳定生产条件下，加压时间虽然因缸盖的重量不同而有所变化，但一般控制在28MIN。若从提高生产效率的角度考虑，可采取1模2件、2段加压等方法缩短时间闭。同加压时间一样，因温度的变化而变化。时间短时铸件易变形；时间过长则铸件易卡在模具内取不出来。一般控制在加压时间的13左右。为提高铸件冷却速度，起模时可先开脱模阻力小的侧模，冷却一定时间后再开上模。加压压力直接影响到金属液的流动充填性能和补缩效果，加压曲线是低压铸造工艺控制中的重要一环。冒口的补缩压力一般在00050O1MPA左右。虽然压力大补缩效果好，但如果压力超过0O1MPA，会导致涂料剥离、铝液堵塞模具排气孔及渗入到砂芯中。浇注过程中及时排出砂芯燃烧产生的气体是非常必要的，但因缸盖所用砂芯结构复杂、数最多，在模具中设置大量的排气孑L很困难。此时，将冒口补缩压力提高到上限附近，可有效防止气体卷入到铸件里面。柑祸内的液面高度变化影响到加压曲线的重复再现性，因此柑祸内的压力应能自动补偿。另外，若升液管下端与柑祸底部间的间隔过短加压时溶液易产生紊流流动。因此，在不影响溶液使用的情况下，升液管下端与柑锅底部间的间隔在200RAM左右为宜。铝合金缸盖是适合于低压铸造的汽车零件之一，因此充分发挥其工艺出品率搞、内部质量好的优点，扩大低压铸造技术在铝合金缸盖的生产应用，以适应我国轿车工艺快速发展。5铸造铝合金活塞活塞顶部是发动机燃烧室的一部分，活塞的圆柱面通过塞环紧贴缸筒内壁做高速的往复运动。活塞是形成发动机动力关键的汽车铸件，其材质为铝合金，包括纤维增强复合材料铝合金。铸造方法包括金属型重力铸造、低压铸造、挤压铸造和新兴的半固态铸造。由于比钢活塞更轻巧，具备良好制造特性，而且生产铸铝活塞成本更低廉，因此铸铝活塞在当今全球汽车市场上被广泛使用，如图3所示。但是，当前和未66模具制造2013年第3期CEPC薹黑中国昆山网址WWWSTLJTCOIL1来的高载荷柴油发动机发展对铸铝活塞材料的使用形成了挑战。为了满足客户和法规要求，发动机升功率和扭矩输出不断增加，使柴油活塞承受日益增加的缸内燃烧压力200BAR和燃烧室温度400。在这样的工作条件下，在承受最高热力机械载荷的活塞区域，传统的铸铝合金和工艺使材料接近其疲劳极限。以在燃烧室峰值温度42O工作的活塞为例，该温度比活塞铝合金中部分二级金属间化合阶段的起始熔点仅低约6070K。在这样的条件下，由于复杂的高周和低周热力及机械载荷的叠加，燃烧室喉口可能由于热力机械疲劳而破裂，对相关设计和材料工程师提出了严峻的设计挑战。开发铸铝活塞技术，尤其注重活塞燃烧室喉口的局部微观结构改进，提高活塞强度以及承受复杂多相热力机械疲劳载荷的能力。图3铸造铝合金活塞现代车用发动机的温度和压力日益增加。因此，为了保持足够的强度储备，铸铝活塞必须提高高温下热力机械耐久性能。采用局部后处理高载荷活塞区域的DURABOWL技术，能够增加活塞使用寿命达48倍。现代轿车发动机活塞几乎都用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350左右有较好的力学性能，而铸铝合金能符合这些要求。燃烧过程中产生的高温和热释放速度在活塞燃烧室内形成复杂载荷区域。对于柴油发动机，一般的活塞燃烧室设计不能保证最佳的热扩散条件，导致热载荷波动造成的高应力。燃烧室对于燃烧室压力也很敏感，因此也成为类似的机械应力增加因素。极高位运行的热量和机械载荷因素可能造成疲劳裂纹。这种裂缝普遍被视为热力机械疲劳TMF裂纹，由叠加的高周及低周循环疲劳载荷造成。在柴油发动机中，活塞由于变化的发动机运行工况而承受循环低周的热力载荷，但同时又承受由于每个发动机周期的燃烧载荷而产生的高周循环机械和热力载荷。超过400的峰值温度时，粗糙而不平衡分布的微观结构尤其容易受热力机械疲劳影响而发生故障。新设计的活塞合金和工艺可在温度高达440C时保持高度稳定性，并改进承受热力机械疲劳TMF载荷的性能。改进局部燃烧室喉口和或燃烧室底部疲劳强度的有效措施。此方法称为DURABOWL。它是一种局部再熔工艺，用于承受高温和TMF损坏的关键活塞区域。采用这一工艺，可使活塞结构比标准铸铝精细约10倍。这种非常精细的微观结构可大幅减少TMF裂纹。汽车铝合金压铸活塞，其成型方式称为挤压铸造。常用的汽车活塞是A1一SI类合金，成型为重力铸造，经热处理、加工、表面处理等等工序。对于高负荷的汽车活塞，用ALSI类合金，成型则为挤压铸造，经热处理、加工、表面处理等等工序。对于更高负荷的赛车活塞，用ALSI类合金，成型则为锻造，经热处理、加工、表面处理等等工序。对于更高负荷的汽车活塞，用钢质合金，成型则为锻造，经热处理、加工、表面处理等等工序。所用ALSI类合金的种类很多。加工的方法也很多，对于环槽、销孑L、外圆，加工精度要求很高。表面处理的方法有镀锡、石墨涂层、硬氧等等。与优化铸造工艺一样，铝的合金成分和合适的热处理参数对获得尽可能好的活塞性能起着重要的作用。现代轿车发动机的功率不断增大，比功率和爆发压力随之不断提高。批量生产的轿车汽油机，特别是增压汽油机的升功率已超过90KWL。活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件，对其材料具有特殊的要求密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并要求具有足够的耐高温、耐磨和耐蚀性能及尺寸稳定性好的特性。在传统的铸造铝硅活塞合金的成分优化和处理工艺的研究还没有大突破的情况下，科研工作者已经在寻求新的途径提高铸造铝合金的极限强度，通过采用基体增强和新型活塞成型工艺，显著提高了活塞的性能。随着汽车发动机向高速化、大功率方向的发展，新型铸造铝合金活塞复合材料及短周期的压力成型技术的开发应用都将成为一个发展趋势。6结束语铝合金是目前最合适的发动机轻量化材料，铝合模具制造2013年第3期67仕泰隆国际工贸城全球招商热线051786299999网址WWWSTIJTTOM锻模设计与制造规范马凤清，李志广。，安文忠，倪琳。1冲信机电制造公司科研设计院山西侯马0430072北方通用动力集团有限公司山西大同037036【摘要】制定了锻模设计与制造规范，增强了锻模设计与制造的可靠性、有效性和时效性，提高了锻模设计与制造水平，确保了运用锻模而实现精细化锻造生产的优质、高效、顺利、安全和低耗，实现了锻模设计与锻模制造的有机统一。关键词锻模；设计与制造；规范中图分类号TG316文献标识码BFORGINGDIEDESIGNANDMANUFACTURINGSPECIFICATION【AB