汽车机械基础（第4版）课件 项目5 任务5.1 汽车发动机气缸盖铸造工艺流程分析

李亚杰汽车机械基础项目5

汽车制造技术认知任务5.1汽车发动机气缸盖铸造工艺流程分析汽车发动机气缸体、气缸盖、进排气管、轮毂等零件一般都是铸造而成的。铸造常用于制造零件毛坯、制造承受载荷及压应力的结构件，以及一些有特殊性能要求的构件等。会分析汽车铸件采用的铸造工艺流程，有助于更加清晰地掌握汽车制造知识，为后续汽车专业知识的学习打下坚实的基础。【任务描述】汽车发动机气缸盖铸造是将合格的液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的生产方法。（1）铸造生产的优点一、铸造概述

①

金属一次成形。

②

工艺适应性强、灵活性大。

③

特别适宜于生产形状复杂、具有复杂内腔的零件毛坯。

④

对于不宜锻压生产和焊接的材料，铸造生产方法具有独特的优势。

⑤

适应各种不同的生产规模。1.铸造生产的特点（2）铸造生产的缺点

①

铸件内部常有缺陷（如气孔、缩孔、缩松、夹渣、砂眼和裂纹等），且晶粒粗大，其力学性能通常低于同种材料的锻件。

②

铸造工序较多（尤其砂型铸造），工艺过程难以控制，铸件质量不稳定，废品率较高。

③

铸件表面较粗糙，尺寸精度不高。

④

劳动条件较差，劳动强度较大。

缩孔：在铸件最后凝固部位容积大而集中的孔洞，呈倒圆锥形，内表面粗糙。

缩松：细小而分散的缩孔。铸造方法砂型铸造特种铸造机器造型熔模铸造金属型铸造压力铸造离心铸造消失模铸造整模造型分模造型挖砂造型活块造型假箱造型刮板造型手工造型两箱造型三箱造型脱箱造型地坑造型按模样特征分按砂箱特征分2.铸造方法分类二、金属的铸造性能2.收缩性3.吸气性4.偏析性1.流动性流动性是指熔融合金的流动能力。

铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸缩减的现象，称为铸造合金的收缩性。合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能，称为合金的吸气性。合金的偏析性是指铸件或铸锭中的各部分化学成分、金相组织不均匀的现象。

砂型铸造是采用砂型在重力作用下将熔融金属充入铸型的铸造方法。砂型铸造是应用最广泛的铸造方法，铸件中有90%以上采用的是砂型铸造。汽车铸件绝大多数采用砂型铸造生产。三、砂型铸造铸造工艺流程的主要内容：

a.编制铸造工艺b.模型（芯盒）的制造

c.型（芯）砂的制备d.造型（芯）

e.熔化金属和浇注f.落砂和清理砂型铸造工艺流程：零件图铸造工艺图型芯混制芯砂混制型砂合型落砂、清理检验合格铸件铸型浇铸热处理

型砂与芯砂应具备可塑性、一定的强度、良好的透气性和耐火性及一定的退让性。为了制造各种形状的型腔，型砂应具有良好的可塑性。为防止型腔在制造、修理、搬动、浇注时受力破坏，故型砂应具有一定的强度。为排除砂型及液体金属中气体，型砂应有良好的透气性。为防止高温下铸件产生粘砂，型砂应具有一定的耐火性。为使铸件凝固时自由收缩，砂型及砂芯在此时应能自动溃散，即有一定的退让性。1.配砂（1）型砂与芯砂应具备的性能

型砂与芯砂通常由原砂（SiO2）、粘结剂和辅助材料等混合而成。（2）型砂与芯砂的组成（3）型砂与芯砂的制备碾轮式混砂机2.制模

制模是根据零件图纸制作模样与芯盒。模样是用于铸件生产的原形。芯盒是制造砂芯用的模具，其内腔具有砂芯所需要的形状和尺寸。芯盒芯子模样毛坯3.造型与制芯手工造型：a.整模造型b.分模造型c.挖砂造型d.活块造型e.假箱造型（1）手工造型和制芯f.刮板造型按模样特征分按砂箱特征分a.两箱造型b.三箱造型c.脱箱造型d.地坑造型

a.整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。整模造型模型图

b.分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。分模造型模型图a.整模造型b.分模造型手工制芯：主要采用芯盒手工制芯。（2）机器造型和制芯机器造型指用机器全部或至少完成紧砂操作的造型过程。目前，常用的机器造型紧砂方式有振压式造型和高压造型两种。振压式机器造型：模样振击气缸底板砂箱进气口2压头进气口1压实气缸振实活塞起模油缸型砂压力油多触头高压造型高压机器造型：

多触头高压造型通常也配备气动微振装置，以便增加工作适应能力。多触头高压造型辅机多，砂箱数量大，造价高，适用于各种形状的中小铸件大批量生产。6—闸板

7—射砂阀

8—储气罐

9—射砂孔

10—工作台机器制芯：1—芯盒

2—射砂头

3—射腔

4—射砂筒

5—排气阀射砂法示意图

汽车铸件生产中普遍使用的机器制芯方法有壳芯、热芯盒、冷芯盒等，芯砂均采用树脂砂。气缸盖水道热芯盒缸体冷芯盒4.熔炼和浇注

熔炼是通过加热使金属炉料由固态转变为液态，并使其温度和成分达到工艺要求的过程。熔炼需采用专用熔化设备，有色金属常用坩埚炉，铸钢用电弧炉或加感应电炉等。浇注是将熔炼或精炼后的熔融金属定量注入铸型的过程。浇注时应注意浇注温度和浇注速度。

若浇注温度过低，就会产生浇不足、冷隔、夹渣等缺陷；若浇注温度过高，则金属液吸气多，液体收缩大，又容易产生气孔、缩孔、缩松以及裂纹，同时会使晶粒变粗，铸件力学性能下降。浇注速度应适中，一般薄壁件宜用快速浇注，厚壁件宜用“慢→快→慢”的方式浇注。5.落砂和清理落砂是指砂型铸造中，铸件与铸型和（或）砂箱，以及砂芯与铸件分离的过程。清理是指铸件落砂或出型后，去除铸件表面黏砂和残留砂芯、去除浇冒口以及其他多余材料（例如飞边、毛刺、氧化皮等）过程的总称。落砂前铸件要在砂箱中进行适当的冷却（通常冷却40min以上）。落砂通常分为人工落砂和机器落砂两种。手工造型的落砂和清理都是人工进行的。而机器造型的落砂是在振动式落砂机上进行的。在对铸件进行上述处理以后，还需要进行表面处理，防止铸件在使用过程中发生腐蚀。四、特种铸造1.熔模铸造2.金属型铸造3.压力铸造4.离心铸造5.消失模铸造每种铸造方法都有自身的特点与优势，但都不是万能的，必须根据零件结构、性能要求、生产批量、设备条件，技术条件等因素综合考虑。注意：特种铸造是与砂型铸造不同的一系列铸造方法。特种铸造一般能至少实现以下一种性能：a.提高铸件的尺寸精度和表面质量；b.提高铸件的物理及力学性能；c.提高金属的利用率(工艺出品率)；d.减少原砂消耗量；e.适宜高熔点、低流动性、易氧化合金铸造；f.改善劳动条件，便于实现机械化和自动化。1.熔模铸造

熔模铸造是采用熔模，在熔模模组表面包覆若干层耐火涂料，制成型壳（或称模壳），加热型壳熔出模样后再经高温焙烧，充入熔融金属，从而获得铸件的方法。（1）熔模铸造的工艺流程（2）熔模铸造的特点和应用（1）熔模铸造的工艺流程（2）熔模铸造的特点和应用优点：

①铸件精度高，表面粗糙度低，质量好，又称精密铸造。②可铸出形状复杂的薄壁铸件。③铸造合金种类不受限制，钢铁及非铁合金均可适用。④生产批量不受限制。缺点：①工序复杂，生产周期长。②原材料价格高，铸件成本高。③铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精度。应用：

熔模铸造广泛应用于电器仪表、刀具、航空等制造部门。例如，汽轮机和涡轮发动机的叶片，汽车进排气管、刹车泵体、制动盘、轮毂等。2.金属型铸造

金属型是指采用金属材料制成的铸型。金属型铸造是采用金属型生产铸件的方法。由于铸件移除后，金属铸型不会被破坏，可重复使用，故金属型铸造又称为永久型铸造。（3）金属型铸造的特点和应用（1）金属型铸造的分类（2）金属型铸造的工艺流程种类垂直分型水平分型复合分型

示意图特点铸型排气条件好，便于设置浇冒口和采用金属型芯，易于实现机械化作业，但安放砂芯较麻烦。安放砂芯方便，但不便于设置浇冒口，铸型排气较困难，不宜实现机械化作业。金属型制造较困难用途铝镁合金铸件平板状铸件，如盘、板、轮类铸件较复杂的铸件（1）金属型铸造的分类（2）金属型铸造的工艺流程（3）金属型铸造的特点和应用优点：①可承受多次浇铸，实现了“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产。②铸件精度和表面质量比砂型铸造显著提高。③铸件的力学性能得到提高。④铸型不用砂，使铸造车间面貌改观，改善了劳动条件，提高了劳动生产率，降低了造型的劳动强度。缺点：①金属型制造成本高。②生产周期长，原材料价格高，铸件成本高。③铸造工艺要求严格。应用：

金属型铸造主要用于铜、铝、镁等非铁铸件的大批生产，如内燃机活塞、缸盖、油泵壳体、轴瓦、衬套、盘盖等中小型铸件。铝合金活塞气缸盖油泵壳体气缸体3.压力铸造

压力铸造简称压铸，它是在压力下将熔融金属快速注入铸型并保持压力至完全凝固，从而获得铸件的方法。压力铸造是在压铸机上进行的。压铸机一般分为热压室压铸机和冷压室压铸机两大类。压力铸造所用的铸型称为压型。

（1）压力铸造的工艺流程（2）压力铸造的特点和应用热压室压铸机：冷压室压铸机：（1）压力铸造的工艺流程压力铸造的工艺流程（2）压力铸造的特点和应用优点：①铸件的精度及表面质量均较其他铸造方法高。②可压铸出形状复杂的薄壁件或镶嵌件。③压铸件的强度和硬度均较高。④压铸的生产率均比其他铸造方法高。缺点：①流态不稳定，采用一般压铸法，铸件易产生气孔。②对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。③高熔点合金（如铜、黑色金属），压铸型寿命较低。④不宜小批量生产。

压力铸造是最先进的金属成型方法之一，是实现少切屑，无切屑的有效途径，应用很广，发展很快。目前压铸合金不再局限于有色金属的锌、铝、镁和铜，而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和铸钢件。应用：镁合金转向盘骨架

齿轮箱盖4.离心铸造

离心铸造是将熔融金属充入旋转的铸型中，使其在离心力作用下凝固结晶，从而获得铸件的方法。（1）离心铸造机的分类立式离心铸造卧式离心铸造（2）离心铸造的工艺流程①

浇注。通过离心铸造机将熔融金属快速充入铸型中，金属液在离心力作用下沉积在铸型内壁上，形成铸件。②

凝固。铸件在铸型内通过离心力和冷却作用逐渐凝固，形成所需的尺寸和形状。③

清理。分离模型，取出铸件，去除铸件上的毛刺或进行表面处理。（3）离心铸造的特点和应用

①铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔和夹渣等缺陷，机械性能好。这是因为在离心力作用下，金属中的气体、熔渣等夹杂物因密度小，均集中在内表面，铸件从外向内顺序凝固，补缩条件好。②铸造中空铸件时，可不用型芯和浇注系统，大大简化生产过程，节约了金属。③在离心力作用下，金属液的充型能力得到提高，可以浇注流动性较差的合金铸件和薄壁铸件，如叶轮、涡轮等。④便于铸造双金属铸件，如钢套镶铜轴承等，其结合面牢固、耐磨，可节约贵重合金。离心铸造的缺点铸件易产生偏析，内孔不准确，内表面较粗糙。特点：应用：

离心铸造主要用于生产各种管类、套类、环类铸件，如铸铁管、铜套、滑动轴承、双金属钢背铜套、汽车发动机气缸套、活塞环、叶轮、涡轮等。气缸套活塞环滑动轴承

消失模铸造是采用消失模和带有底面的抽气砂箱，用