【摘 要】汽車發(fā)動機生產過程中，對于缸體周圍壁體的結構穩(wěn)定有著嚴格的控制。在使用較為廣泛的V22缸體中，對于鑄造的上表面在熱源升高的過程中會出現(xiàn)裂縫，隨著溫度不斷升高，裂縫也相應增大，在缸體周圍設置的散熱網片進行架設使得排氣口溫度降低，利用冷鐵的處理工藝，在根據實際的操作模式下得出V22缸體利用冷鐵處理的方式將覆蓋面的熱量降低20%，同時在散熱系統(tǒng)的幫助下改良缸體的裂紋情況，最終達到缸體局部熱節(jié)的溫度控制和缸體自身的穩(wěn)定性。

【關鍵詞】V22缸體；局部熱節(jié)；冷鐵工藝

0.引言

汽車發(fā)動機的發(fā)展過程中，在對于發(fā)動機動力的性能方面提出了更高的要求。在使用V22缸體后，可以大量的滿足發(fā)動機動力的要求，同時這種四缸的干式發(fā)動缸體可以保證車輛的動力速度，因此對于V22缸體的需求量也逐年提高。對于V22缸體制造中，主要的化學成分包括碳、銅、硫、磷以及一些如鎘元素的稀有金屬材料，通過對于這些化學材料在不同的配合比例的條件下進行鑄造，最終形成凈重62kg的缸體。在鑄造過程中，最為關鍵的工藝是鑄造的方式，通常情況下，V22缸體采用的是樹脂合成組裝的方式，在生產過程中，缸體始終控制在生產線的上方，利用的是上部澆筑的原理。

圖一 V22缸體結構組成部分及結構大、小熱節(jié)詳圖

在缸體的生產過程中，使用高溫冶煉技術，在冶煉爐使用之前，借助英國史密斯光譜分析儀器對熔爐進行內壁分析，在滿足要求后，進行高溫冶煉。在配置化學材料中，包含有四分之一的生鐵、二分之一的鋼材、四分之一的高溫催化劑。在設計冶煉制作中，規(guī)定熔爐的溫度保證在1200-1350攝氏度（必須注意的是，在熔爐冶煉中需要加入少量的孕育劑以保證材料的抗氧化性）。在材料制造的初期，根據時間的控制來調節(jié)溫度，嚴格的按照生產工藝進行。但是全程遵循設計規(guī)范，工藝上也按照流程進行，在生產出的缸體中還是存在一定的缺陷，究其原因是在缸體的表面處出現(xiàn)了裂縫，導致缸體本身出現(xiàn)質量問題。仔細分析故障，最終以冷鐵的鑄造的方式可以有效的控制這一缺陷。

1.V22缸體局部熱節(jié)的分析研究

在V22缸體中，最為關鍵的構件是缸體頂部對稱的兩個熱節(jié)，由于設計的模數不同，熱節(jié)的作用也有所不同，使得在鑄造過程中冷凝的時間出現(xiàn)了相應的差異。在缸體的內壁中，由于稀有金屬元素的附著，使得在端口出的厚度發(fā)生改變，使得熱節(jié)處的溫度出現(xiàn)了異常，直接影響了冷凝的時間。在進行了大量的缸體內壁的改良實驗后得出，在適當的提高缸體模數后，可將原有的冷凝時間降低，當模數為原來的2.5倍時，冷凝的時間縮短至5.63min，使得整體構建形成完整產品，符合設計要求。對于該實驗下的大、小熱節(jié)進行分析后得出，在端口處不能進行冶煉，必須保證生鐵的延展性，同時大熱節(jié)周邊的溫度要略高于小熱節(jié)附件溫度。設計計算時，大熱節(jié)的模量和溫度根據熱節(jié)系統(tǒng)的表征進行計算，而小熱節(jié)的計算不能單純只通過模量和溫度，還需要結合大熱節(jié)的相關參數，以此來獲得熱節(jié)生產的關鍵參數，保證生產工藝的正確。

V22缸體的熱節(jié)位于整體結構的上部，從而形成了較為獨立的熱節(jié)系統(tǒng)，當缸體內部被化學試劑填充完成后，熱節(jié)出現(xiàn)較長的凝結時間。當熱節(jié)出現(xiàn)溫度降低直至冷卻時，缸體內部的試劑提前出現(xiàn)了凝結，在沒有溫度控制以及催化劑的填補下，試劑會出現(xiàn)收縮，后期制成的材料也會出現(xiàn)較大的缺陷。在這樣的環(huán)境中，考慮使用排氣口的方式將上部的溫度迅速降低，利用冷鐵進行上部端口的覆蓋，把原有的散熱面積進一步的擴大。按照此方法，熱節(jié)在冷鐵的作用下有效的控制了溫度的下降時間，保證了試劑不會出現(xiàn)收縮，但是出現(xiàn)了明顯的縮凸現(xiàn)象。當控制冷鐵的接觸面積后，將原有的接觸面積降低21%后，保證了安全區(qū)域的情況下，在熱節(jié)處的縮凸情況發(fā)生了改良，使得產品缺陷率降低了30%。

當大熱節(jié)出現(xiàn)凝結方面的問題，小熱節(jié)也相應出現(xiàn)問題。在缸體內部結構中，大小熱節(jié)相互連接，需要通過模數較大的材料進行連接。在初期的設計方案中，小熱節(jié)上的冷鐵覆蓋的面積為35%，相比于安全的散熱面積還有一定的差距，使得在改良了大熱節(jié)的散熱問題后，小熱節(jié)也會出現(xiàn)一定的縮凸。當大熱節(jié)出現(xiàn)覆蓋程度小于安全散熱值時，小熱節(jié)還沒有達到縮凸的狀態(tài)，但是小熱節(jié)出現(xiàn)了缺陷，大熱節(jié)一定處于缺陷的狀態(tài)。歸其原因是在試劑凝結過程中，小熱節(jié)處于下方，受到的溫度改變較小，并且排氣裝置靠近小熱節(jié)，因此小熱節(jié)凝結的時間早于大熱節(jié)。研究并實踐發(fā)現(xiàn)，利用鐵水可以徹底的改善大小熱節(jié)的縮凸情況的發(fā)生。

2.V22缸體局部熱節(jié)的處理方案

在結合上述的討論，對于V22缸體內部要進行重新的優(yōu)化設置。通過利用兩種方案的研究徹底解決大、小熱節(jié)在使用中出現(xiàn)的缺陷。第一種方法是使用鐵水降溫的方式，在結構頂部安裝有75mm×60mm×30mm的冷鐵，使用該方式可以將原有的降溫接觸面積從18%提高至47%，散熱的程度大大提高（增加冷鐵的方式如圖二所示）。

圖二 冷鐵處理方式

方法二是在端口處增加冷鐵，將底部的冒口改變成30mm×20mm有角度為10°斜口，該方式可以徹底的解決大小熱節(jié)縮凸的問題。另外，生產中為了防止冷鐵氣孔，保證冷鐵的激冷作用，必須進行工藝規(guī)定：使用次數≤12次；工作面掛砂或刷涂料，烘干后使用；禁用銹蝕和被油污染的冷鐵；冷鐵材質HT150～HT250。

在解決鑄造縮凸問題時，一般從以下幾個方面入手：

（1）對于結構體在設計中的相關參數進行改變。如增加保壓壓力，增強補縮效果；降低澆注溫度，減小鋁液含氣量。如果金屬液在澆入時的溫度過高，或者金屬液過熱時問太長，氣體在金屬內的溶解度和金屬氧化程度便會隨著溫度的升高而迅速增加，從而產生縮孔。

（2）增加補貼，均勻壁厚，保證澆口與熱節(jié)部分之問的補縮通道的通暢。

（3）增加工藝孔或優(yōu)化產品結構，通過消除局部厚壁處來消除熱節(jié)。點冷管直徑、長度、壓縮空氣壓力、溫度和流量均保持不變，僅將點冷孔深入成型部分20mm?？紤]到型芯強度，點冷孔新增部分直徑4mm。

（4）局部冷卻。砂型鑄造可在熱節(jié)處增加外部冷鐵，金屬型鑄造可增加點冷（空冷或水冷），加快熱節(jié)部分冷卻速度，在補縮通道封閉前實現(xiàn)熱節(jié)區(qū)域完全凝固。結合下缸體鑄件的具體情況，可從調整工藝參數、增加預鑄孔和點冷三種方式入手制定整改方案。調整澆注工藝。澆注溫度由700攝氏度調整為670攝氏度，降低30攝氏度；保壓壓力由51KPa調整為43KPa，降低8KPa，其它參數不變。

3.結束語

V22缸體鑄件模數M=0.57cm，周界商Q=47580.23>3000，屬于薄壁稀疏體；而兩個熱節(jié)的模數分別是鑄件的2.3倍和1.44倍，周界商Q均<500，屬于均勻厚實體；數據表明，鑄件和熱節(jié)應有不同的工藝措施。對熱節(jié)采用冷鐵方案時，冷鐵的覆蓋面積應大于熱節(jié)散熱面積（與型砂接觸面積的）16.7%，V22缸體鑄件熱節(jié)處采用端口家冷鐵工藝，既有效解決了兩個熱節(jié)的表面縮凸缺陷，又防止了覆膜砂水套芯發(fā)氣多而產生的氣孔缺陷。使用的冷鐵材質為HT150-HT250，使用次數≤12次，工作面掛砂或刷涂料且烘干后使用。 [科]

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