气缸盖的模具设计和技术开发

　　本文介绍了气缸盖的模具设计和技术开发相关内容。

　　定邦模具厂创建于上世纪90年代初期，专业从事汽车发动机铝合金缸盖金属型重力铸造模具设计与制造，迄今已生产了20多种型号，60多套气缸盖模具。21世纪初，为适应中国汽车工业大发展的潮涌，聘请国内金属型重力铸造的工艺、模具方面的10多位专家组建了定邦汽车缸盖模具研究所，致力于汽车缸盖(铝合金)的铸造工艺和模具的开发和研究。

　　汽缸盖是汽车发动机中一个十分重要的部件，其上部置有凸轮轴，下部与气缸体、活塞组成燃烧室，两边是进气道和排气道，与油气进入的进气歧管件和废气排出的排气管件相接，内有贯穿的冷却水道和润滑油路。因此，在对发动机的功率和工作性能的影响举足轻重也就很清楚了。气缸盖的工作情况是，当燃气在燃烧室内爆燃时，气体温度瞬间高达1100℃以上，这种高温热冲击反复作用产生高达7MPa压力直接于汽缸盖与汽缸体的连接处。因此，气缸盖在发动机整个工作过程中是处于高温状态下，承受巨大的热冲击作用，工作条件甚为恶劣。从气缸盖的铸件结构上来看，内腔结构复杂，形状多变化，壁厚不匀，其中气缸盖冷却水道内腔弯弯曲曲，壁厚一般在4-5毫米，最薄处只有2.5毫米。而且随着汽车发动机向高效率、低油耗、少污染的方向发展，气缸盖的结构会变得愈来愈复杂。

　　由于缸盖的特定工作条件要求，对缸盖的性能要求非常高。例如气缸盖要承受起0.3-0.4MPa的气密试验无渗漏;在几何形状上进排气道要求很严，其直接影响油气进入的方向，混合情况，直接影响发动机功率，起动速度，一般都进行流道试验检查;燃烧室容积是发动机的一个重要参数(排气量的一个组成)，对电喷发动机而言，其燃烧室容积误差，还直接影响发动机减少“爆缸”，影响发动机稳定性，一般要求容积误差在2.5%以内，也就是说只有零点几毫升误差;缸盖内部的冷却水道形状和容积大小对发动机的使用寿命都会直接有影响。因此，我们说汽车发动机缸盖的铸造生产技术要求高、难度大，其模具的设计、制造是其中很重要和很关键的一个保证。

　　汽车工业率先发展铝铸造工业以来，曾先后出现了多种铸造工艺的应用，如金属型重力铸造、低压铸造、高压铸造、砂型铸造以及消失模铸造等。伴随着数十年历程的市场竞争和技术的不断改造，发动机的重要部件铝缸盖的生产工艺已基本走向统一，那就是起着主导作用的金属型重力铸造工艺。目前，在全球几仟万件铝缸盖总产量中，近85%的铸造生产都是采用金属型重力铸造工艺的。

　　金属型重力铸造工艺的优势：

　　1.金属型重力铸造工艺在全球应用最为广泛，是最佳的选择

　　2.在同等生产规模下，比其它的铸造工艺(如低压铸造)比较，体现了整体投资的经济性，以最少的投资提供最大的生产能力。

　　3.金属型重力铸造模具的工艺可靠，质量稳定，定型后模具寿命长，维修简单，占地面积小。

　　4.金属型重力铸造工艺生产铝缸盖、进气歧管成品率明显优于其它铸造工艺。模具成本低，协调浇注系统灵活性好。

　　在缸盖模具设计制造中，因为每个型号的原型设计就有差别，日本零件按低压铸造设计的较多，采用重力铸造时，不可避免要对铸件的结构或壁厚作些同步改造。西欧美国一般设计零件时就采用重力铸造。

　　现市场缸盖生产采用二种形式的浇铸方式，与厂家的生产习惯和配套设施切切相关。一是水平浇注方式，模具水平放置，铝水直接倒在浇道中;二是可倾式浇注方式，模具跟着浇台从0°-90°倾转，料斗跟着模具边倾转边进料(现在已是我厂浇铸缸盖、进气歧管的主流方向)。可倾式成品率比水平可增加5-6个百分点。

　　根据我厂多年来的制作经验，已探索出一套比较可行的铸造工艺：

　　a.掌握顺序冷却和均衡冷却的原理，根据不同缸盖型号要求作出相应的对策。

　　b.浇冒口系统熔入模具设计中，是模具的组成部分，保证浇注时铝液不产生紊流，不产生涡流，开放式浇道是关键(进料、排气、补缩分明)。

　　c.采用了CAD/CAM在铸造模具的设计、制造上应用。使用Ug和Proe造型软件，加工中心数控加工，保证了模具的精度和重复性。

　　d.泥芯定位准确和泥芯排气通道顺畅，有些水道芯结构排气困难时芯头处可考虑引气。

　　e.热芯盒匹配相应的射芯机，难度大的水道芯一般必须在气混砂的情况下才能做得好，射口截面一般与芯子的平面平方有一定的比例。

　　f.每壹个缸盖，一般浇出后和热处理后都要变形的，为保证每个燃烧室容积相等，所以模具上燃烧室的高度安排是不同的。

　　g.我厂设计的浇冒口系统材料与工件，比例一般控制在0.5～0.8：1(冒口+浇口重量)：(铸件质量)。

　　经过我厂实践，得出结论：气缸盖采用可倾式重力铸造工艺成品率最高。一般熔炼工艺匹配好，成品率可达90%以上。