铝合金汽车发动机缸体的压铸生产
本文著作： 布勒中国 邹智厚 卢宏远 徐仲杰 长安汽车研究院 乐虎 万伯谦 布勒瑞士压铸有限公司 FfitSche Bemhard
摘要：本文阐述了高压铸造生产缸体的特点，并简单介绍了压铸岛的一些 必须设各及 v 型缸体的生产要点。 1．缸体压铸特点
众所周知，压铸产品中有很多产品用于汽车的零部件。随着对环保，轻量 化的要求日益提高，汽车中的许多关键部件，如发动机缸体等，逐渐转向 压铸生产。多年来，欧美和日本的大多数汽车公司已经采用压铸方法生产 铝合金发动机缸体目前也成 铝合金发动机缸体。在国内，用压铸方法生产铝合金 铝合金 为一种趋势。 相比传统的铸造，压铸缸体有以下优点： (1)效率高。在所有的铸造方法中，压铸是一种生产率最高的方法。这主 要是由压铸过程的特点决定的，且随着生产工艺过程机械化、自动化程度 进一步发展而提高。 生产一个缸体的时间一般为 3 分钟左右， 相对传统的 低压或者砂型铸造省时省力： (2)精度高 a 只需个别部位加工即可使用： (3)铸件的强度和表面硬度较高； (4)节能省耗。一般每台设备每年可生产 7 万件左右： (5)占地面积少。 (6)工艺路线短。传统的铸造工艺，缸体生产需要经过造型、制芯、浇注、 冷却、落砂、清理、机加，热处理等诸多工序。而压铸则只需提前加工模 模 具，浇注后很快将缸体毛坯铸件从压铸岛中取出，或者由人工去除飞边毛 刺，之后进行检验、加工等便可。 压铸也有一定的缺点：
(1)铸造缺陷较多。由于液体合金充型速度极快，型腔中的气体很难完全 排除， 常以气孔形式存留在铸件中。 另外， 压铸填充过程中的氧化夹杂等， 如果集渣包等设计不合理，容易残留在产品内部： (2)压铸初次投资较高。有统计，如果生产的缸体数量低于 10 万个的话， 低压铸造或砂型铸造的成本低于压铸。 2．缸体图片及压铸岛布局 排量在 2．0 以下的汽车缸体一般为直列 3 缸或四缸，而大于 2．0 排量 的缸体则可能为直列六缸或 V 型六缸。 目前来讲，一般的压铸岛(压铸机和各周边设备一起统称为压铸岛)布局比 较复杂，而且没有标准的布局格式。每个压铸厂家都会根据自己生产的经 验和特点提出一些与众不同的布置，从而方便生产。但是压铸岛的基本周 边设备一般如下： 1．压铸机。吨位从 2200 吨到 4400 吨不等，主要由产品投影面积和增压 压力决定； 2．铝合金融化炉，或者铝合金 铝合金保温炉。吨位一般在两吨左右，由产品重 铝合金 量和生产节拍决定； 3．喷涂设备。或者采用双轴式喷涂，或者采用机器人喷涂。喷嘴的布局 和喷头结构要求高，要能保证喷涂的质量；脱模剂的容器需要足够大，否 则脱模剂添加过于频繁； 4．取件设备。一般采用机器人取件。因为轴数太少，普通的简单取件手 不能满足要求，且无法实现自动化运行； 5．风冷架或水冷箱。根据不同厂家的要求、经验和缸体的特点而定。 6．切边机。用于去除集渣包和浇道等。 7．缸套输送带。缸套作为镶嵌件需要用输送带送达相应位置，由机器人 放入模具。 8．模温机。因为缸体生产对模具温度要求很高，模温机是不可或缺的。 压铸岛的布局可以是各式各样 3．V 型缸体的生产 国内目前为止还没有采用压铸机进行 V 型缸体生产的厂家。 型发动机缸 v 体主要是缸套部分的抽芯比较困难， 其余部分和直列的缸体没有太大的区 别。，比较简单的解决方法是在动定模板之间添加第三块模板，且称为中 模板。中模板和动模板之间用液压连接。开模时，先打开动模板，然后抽 芯，“然后再打开中模板。之后上下左右滑块打开，这样就可以顺利把缸 体从模具中取出。
图 3 为一 v 型缸体生产原理示意图，使用图中所示原理，欧洲、美国、 韩国等地区和国家已经实现 V6 缸体的压铸生产。 4．压铸工艺要点 首先，应该合理设计缸体压铸件的浇注系统。通常缸体压铸件的浇注系统 有两种形式：单侧浇注系统和双侧浇注系统。单侧浇注系统一般适于小型 缸体，双侧浇注系统一般用于大型缸体。齿形激冷排气块排气集渣效果良 好，获得广泛使用。齿形排气道的厚度大致控制在 0．6ram 以下。
采用合理的工艺参数，包括压射行程、压射速度、压射压力及压铸温度 等，对提高压铸缸体质量和保持质量稳定性非常重要。通常，缸体压铸的 慢压射速度控制在 0．2m／s 左右，快压射速度控制在 3-5m／s，或者填 充速度控制在 30．50m／s，压力一般不低于 60MPa． 缸体压铸对压铸温度更为敏感。对于常用合金 合金，金属液的温度要控制在 合金 640℃～680℃之间，模具的温度喷涂后控制在 150℃～200℃之间。要使 用模温机对模具温度进行控制，实际上，模温机已成为缸体压铸中不可缺 少的辅助设备。同时要设置足够的冷却／力口热管道，保证对模具温度的 有效控制。 除去前述各因素外，合金液的质量也是不可忽略的。应充分注意合金液 质量，避免合金污染，必要时应进行除气和精炼处理。真空方法也是缸体 压铸一个有效的质量保证措施，但会增加额外工序。目前许多压铸厂在生 产缸体时未采用真空方法，也能压铸出合格产品。 缸体压铸件的缺陷 缺陷主要包括气孔、缩孔、冷隔、裂纹、夹渣等，缸体压铸 缺陷 件质量受多种因素影响，要综合考虑各种因素控制缺陷的产生。 5．总结 缸体的压铸生产有其自身的优缺点，但在技术和经济上具有明显的优势。 它不仅能达到较高的生产率， 而且从材料至成品的整个生产过程也表现为 最短的工艺路线。仅 2008 一个年度，国内由布勒公司引入了 7 条 2700 吨级别的铝合金发动机缸体生产线。由此可见，由传统铸造方法向压铸转 型来生产汽车缸体已经成为一个发展趋势。相信随着我们国家科技的发 展，更多的复杂缸体生产线将会引入我国，从而进一步提高我国的压铸水 平。
本文著作： 布勒中国 邹智厚 卢宏远 徐仲杰 长安汽车研究院 乐虎 万伯谦 布勒瑞士压铸有限公司 FfitSche Bemhard
摘要：本文阐述了高压铸造生产缸体的特点，并简单介绍了压铸岛的一些 必须设各及 v 型缸体的生产要点。 1．缸体压铸特点
众所周知，压铸产品中有很多产品用于汽车的零部件。随着对环保，轻量 化的要求日益提高，汽车中的许多关键部件，如发动机缸体等，逐渐转向 压铸生产。多年来，欧美和日本的大多数汽车公司已经采用压铸方法生产 铝合金发动机缸体目前也成 铝合金发动机缸体。在国内，用压铸方法生产铝合金 铝合金 为一种趋势。 相比传统的铸造，压铸缸体有以下优点： (1)效率高。在所有的铸造方法中，压铸是一种生产率最高的方法。这主 要是由压铸过程的特点决定的，且随着生产工艺过程机械化、自动化程度 进一步发展而提高。 生产一个缸体的时间一般为 3 分钟左右， 相对传统的 低压或者砂型铸造省时省力： (2)精度高 a 只需个别部位加工即可使用： (3)铸件的强度和表面硬度较高； (4)节能省耗。一般每台设备每年可生产 7 万件左右： (5)占地面积少。 (6)工艺路线短。传统的铸造工艺，缸体生产需要经过造型、制芯、浇注、 冷却、落砂、清理、机加，热处理等诸多工序。而压铸则只需提前加工模 模 具，浇注后很快将缸体毛坯铸件从压铸岛中取出，或者由人工去除飞边毛 刺，之后进行检验、加工等便可。 压铸也有一定的缺点：
(1)铸造缺陷较多。由于液体合金充型速度极快，型腔中的气体很难完全 排除， 常以气孔形式存留在铸件中。 另外， 压铸填充过程中的氧化夹杂等， 如果集渣包等设计不合理，容易残留在产品内部： (2)压铸初次投资较高。有统计，如果生产的缸体数量低于 10 万个的话， 低压铸造或砂型铸造的成本低于压铸。 2．缸体图片及压铸岛布局 排量在 2．0 以下的汽车缸体一般为直列 3 缸或四缸，而大于 2．0 排量 的缸体则可能为直列六缸或 V 型六缸。 目前来讲，一般的压铸岛(压铸机和各周边设备一起统称为压铸岛)布局比 较复杂，而且没有标准的布局格式。每个压铸厂家都会根据自己生产的经 验和特点提出一些与众不同的布置，从而方便生产。但是压铸岛的基本周 边设备一般如下： 1．压铸机。吨位从 2200 吨到 4400 吨不等，主要由产品投影面积和增压 压力决定； 2．铝合金融化炉，或者铝合金 铝合金保温炉。吨位一般在两吨左右，由产品重 铝合金 量和生产节拍决定； 3．喷涂设备。或者采用双轴式喷涂，或者采用机器人喷涂。喷嘴的布局 和喷头结构要求高，要能保证喷涂的质量；脱模剂的容器需要足够大，否 则脱模剂添加过于频繁； 4．取件设备。一般采用机器人取件。因为轴数太少，普通的简单取件手 不能满足要求，且无法实现自动化运行； 5．风冷架或水冷箱。根据不同厂家的要求、经验和缸体的特点而定。 6．切边机。用于去除集渣包和浇道等。 7．缸套输送带。缸套作为镶嵌件需要用输送带送达相应位置，由机器人 放入模具。 8．模温机。因为缸体生产对模具温度要求很高，模温机是不可或缺的。 压铸岛的布局可以是各式各样 3．V 型缸体的生产 国内目前为止还没有采用压铸机进行 V 型缸体生产的厂家。 型发动机缸 v 体主要是缸套部分的抽芯比较困难， 其余部分和直列的缸体没有太大的区 别。，比较简单的解决方法是在动定模板之间添加第三块模板，且称为中 模板。中模板和动模板之间用液压连接。开模时，先打开动模板，然后抽 芯，“然后再打开中模板。之后上下左右滑块打开，这样就可以顺利把缸 体从模具中取出。
图 3 为一 v 型缸体生产原理示意图，使用图中所示原理，欧洲、美国、 韩国等地区和国家已经实现 V6 缸体的压铸生产。 4．压铸工艺要点 首先，应该合理设计缸体压铸件的浇注系统。通常缸体压铸件的浇注系统 有两种形式：单侧浇注系统和双侧浇注系统。单侧浇注系统一般适于小型 缸体，双侧浇注系统一般用于大型缸体。齿形激冷排气块排气集渣效果良 好，获得广泛使用。齿形排气道的厚度大致控制在 0．6ram 以下。
采用合理的工艺参数，包括压射行程、压射速度、压射压力及压铸温度 等，对提高压铸缸体质量和保持质量稳定性非常重要。通常，缸体压铸的 慢压射速度控制在 0．2m／s 左右，快压射速度控制在 3-5m／s，或者填 充速度控制在 30．50m／s，压力一般不低于 60MPa． 缸体压铸对压铸温度更为敏感。对于常用合金 合金，金属液的温度要控制在 合金 640℃～680℃之间，模具的温度喷涂后控制在 150℃～200℃之间。要使 用模温机对模具温度进行控制，实际上，模温机已成为缸体压铸中不可缺 少的辅助设备。同时要设置足够的冷却／力口热管道，保证对模具温度的 有效控制。 除去前述各因素外，合金液的质量也是不可忽略的。应充分注意合金液 质量，避免合金污染，必要时应进行除气和精炼处理。真空方法也是缸体 压铸一个有效的质量保证措施，但会增加额外工序。目前许多压铸厂在生 产缸体时未采用真空方法，也能压铸出合格产品。 缸体压铸件的缺陷 缺陷主要包括气孔、缩孔、冷隔、裂纹、夹渣等，缸体压铸 缺陷 件质量受多种因素影响，要综合考虑各种因素控制缺陷的产生。 5．总结 缸体的压铸生产有其自身的优缺点，但在技术和经济上具有明显的优势。 它不仅能达到较高的生产率， 而且从材料至成品的整个生产过程也表现为 最短的工艺路线。仅 2008 一个年度，国内由布勒公司引入了 7 条 2700 吨级别的铝合金发动机缸体生产线。由此可见，由传统铸造方法向压铸转 型来生产汽车缸体已经成为一个发展趋势。相信随着我们国家科技的发 展，更多的复杂缸体生产线将会引入我国，从而进一步提高我国的压铸水 平。