汽车发动机零件的快速铸造工艺研究

覃建文

广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林 537005

发动机零部件是电动汽车的一个核心组成部件，本身的结构也十分复杂，其中主要包括了大量复杂的铸件和精炼锻压器，在电动汽车发动机研究和开发的过程中，各种零部件和模具的研究制造往往是目前生产周期最长，花费最多的环节之一。如果一旦工厂发生了设计上的更改，则必须要对工厂进行维护修模甚至重新装配制作一个模具，使得某一款新型引擎的推出周期非常长，影响到了企业在最有利的时间内为争夺市场份额[1]。

1 汽车发动机零件的快速铸造技术

虽然快速成型技术已经有效克服和完善了复杂零件的生产工艺和成型困难，但由于我们对快速成型的工艺和最终零部件所获得的材料有局限性，使得通过这种快速成型方式所获得的零件难以做到与实际上最终零件相同的生产工艺和材料。在零件的各项性能指标中，也是无法完全满足最终应用时零件的要求，因此直接采用RPM技术进行制造时得到的三维实体一般都是只能够被当作一个可视化模型和装配式模型，而不是作为一个功能性的样机来对其进行各种测试和应用的检验。

快速铸造的主要工艺和生产流程是利用选取的激光烧结技术实现快速铸造，其主要途径有两种：一种采用快速砂型铸造，通过激光烧结铸造使用热固化树脂砂，再通过砂型铸造获得的铸件；另一种是采用熔模快速铸造，用激光直接烧结可消失的树脂粉末或蜡粉，再通过精密铸造的工艺即可得到高质量的铸件。两种设计模型的最大共性之处在于其均忽视和省去对模型的制作。因此，特别适合在单件或者是小批量生产中使用，能够极大地减少其生产周期。

用快速烧结砂型铸造工艺进行加工烧结砂型，首先我们需要按照零件的三维CAD毛坯模具来进行设计和制造生产一种可以直接进行加工的组合式激光烧结加工砂型模具，再将激光烧结和加工砂型模具的各个部分经过软件多维分层处理进行变形后构成为快速烧结装置和加工砂型模具，就已经可以直接进行激光烧结和砂型模具的成形。由于采用激光扫描的步骤和速度非常迅捷，树脂在整个成型过程中并没有做到完全地固化。成型后把未经烧结的浮沙全部彻底清除干净后，砂型通常还必须被放入至加热箱中，再对其进行二次固化。经二次固化所取得的砂型即能够达到像用射芯电动机制造得的砂型那样的性能。由于目前发动机零件大多数都采用快速砂铸造，所以快速采用砂式铸造的现象也逐步发展成为了目前发动机零部件在制作工艺流程中最常用且效率最高的手段。

熔模快速加热铸造的方法主要是用各种材质的树脂粉末或蜡粉等物质作为主要材料，将对零件的三维毛坯CAD模型直接地经过分层加热和处理后，用高温电子激光将其粉末直接逐层地加热烧结形成与零件的三维CAD毛坯相同的精密加工熔模，再将其直接经过石膏型或者是陶瓷等各种类型的铸造即可以获取正常使用时所需要的铸件。这种材料主要采用快速精密铸造的工艺流程方法制备生产出来的，由于它们的表面质量好、准确性高，不必经过研磨细砂模型等步骤，工艺流程也就相对简单[2]。

2 应用案例

采用高效、精细化的铸造工艺来生产铝合金进气管等零部件。从我们接受到的零件三维cad的数据直至第一批零件毛坯完工所需的持续时间才可能只有10天左右，其中第一批零件的熔模迅速成型大约每次需要1天，熔模铸造则大约每次需要7天，其他后期处理和质量检查则大约需要2天。进气道系统是柴油发动机非常重要的一个结构和组成部分，由复杂的自由弯曲表面所组织而逐步形成，它大大提高了柴油发动机的燃烧效率，对于改善柴油燃烧环境也具有十分重要的指导意义。在发动机设计过程中，就需要针对发动机的进气道做出相应的测试。

虽然发动机相对于汽车的进气管，发动机缸体和气门的缸盖等零件的结构较为复杂，但是快速成型工艺最大的优点之一便是与零件结构的复杂程度并没有太多联系，越复杂的零件就越适合应用快速成型工艺。由于这些汽车的缸体和气门在内部结构复杂且其壁厚相对较薄，所以我们在设计制造这些汽车零部件时最好采用的一种方法是快速地进行砂型铸造。发动机壳体铸件与发动机气缸盖铸件正常生产周期平均在2-3周之间。由于其铸造工艺和最终产品的极为接近，零件大小尺寸的精度与机械特性都很好地与最终产品中的其他零件相比，具有很强的可比性。因此，快速砂型铸造的缸体和发动机的缸盖可以直接作为发动机各种特性的测试，例如对发动机的气道进行了流动性能的分析，对发动机的水道进行了冷却性能的分析[3]。

3 结语

快速成型与铸造工艺相结合，衍生了一种快速成型铸造的技术，其主要工艺特点就是简捷，准确，可靠并且具有扩展性，可以有效应用在发动机的设计研究和开发阶段中样机的快速成形。其特别适用于单件及小批量生产中的试制和研发生产，可以迅速反映市场需求并为客户提供针对小批量生产中的检测和试验，有助于最大概率保证汽车零件的发动机制造和零部件开发。其具有良好地满足设计或生产过程中对零件和设备流程可控制的要求，并且在设计研制阶段能够采用较少的费用和即时纠正，以便于设计或生产中所需要的零部件进行检测和设计，这样能够有效地帮助企业得到大幅度地改善和提高生产，并且确保生产质量。它快速地成型所用原材料的主要特点就是多种类型，为产品研制和生产阶段的设计者提供了各种工艺和技术的组合。