汽車發(fā)動機(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)動機(jī)零部件是電動汽車的一個核心組成部件，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，在電動汽車發(fā)動機(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)在最有利的時間內(nèi)為爭奪市場份額[1]。

1 汽車發(fā)動機(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)用時零件的要求，因此直接采用RPM技術(shù)進(jìn)行制造時得到的三維實(shí)體一般都是只能夠被當(dāng)作一個可視化模型和裝配式模型，而不是作為一個功能性的樣機(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)到像用射芯電動機(jī)制造得的砂型那樣的性能。由于目前發(fā)動機(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)動機(jī)非常重要的一個結(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)動機(jī)設(shè)計(jì)過程中，就需要針對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道做出相應(yīng)的測試。

雖然發(fā)動機(jī)相對于汽車的進(jìn)氣管，發(fā)動機(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最好采用的一種方法是快速地進(jìn)行砂型鑄造。發(fā)動機(jī)殼體鑄件與發(fā)動機(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)動機(jī)的缸蓋可以直接作為發(fā)動機(jī)各種特性的測試，例如對發(fā)動機(jī)的氣道進(jìn)行了流動性能的分析，對發(fā)動機(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。