專利名稱：轎車柴油機氣缸體及其鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油 機氣缸體及其鑄造方法，尤其涉及一種轎車柴油機氣缸體及其鑄 造方法。
背景技術(shù)：
為了減少燃油消耗和降低二氧化碳排放，汽車的輕量化已經(jīng)成為眾所關(guān)注的焦點 之一。輕量化尤其是改善汽車燃料經(jīng)濟性的有效途徑，有研究表明，汽車整備質(zhì)量每減少 10%,燃料經(jīng)濟性可提高3% -5%，同時降低排放10%左右。同時，輕量化還可以提高整車 的動力性，節(jié)省材料，降低成本。作為汽車核心元件的發(fā)動機，其零部件中以氣缸體的體積最大，重量最重，它是將 發(fā)動機各機構(gòu)、各系統(tǒng)組裝成一體的基本部件。氣缸體的輕量化設(shè)計開發(fā)自然而然成了一 項重要的課題。作為發(fā)動機中最重要的部件之一，氣缸體尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚較薄且往往不 均勻，而且在高溫、高壓及潤滑條件不良且有固體微粒和腐蝕介質(zhì)工況條件下作高速相對 運動，其內(nèi)部產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，同時承受強烈的摩擦磨損。因此，要求氣缸體 材料具有良好的綜合性能，包括良好的強韌性、導(dǎo)熱性、耐磨性、耐蝕性、加工工藝性能和經(jīng) 濟性。另外，隨著發(fā)動機的比功率越來越大，導(dǎo)致發(fā)動機氣缸體的工作溫度越來越高，很多 部位溫度超過200°C，這就要求氣缸體必須有足夠的強度，能承受高的機械負(fù)荷和熱負(fù)荷。鋁合金的性能已經(jīng)達到質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕的要求，但鋁合金的強度受溫度影 響較大，當(dāng)工作溫度超過200°C時其強度迅速下降，不足以承受高的機械負(fù)荷。隨著發(fā)動機 比功率及強化程度的提高，鋁合金作為氣缸體材料應(yīng)用受到制約。傳統(tǒng)的灰鑄鐵、合金鑄鐵材料由于具有良好的鑄造工藝性能和機械性能，優(yōu)越的 耐磨性、減振性和導(dǎo)熱性，被廣泛用作氣缸體材料。但隨著整車輕量化發(fā)展及發(fā)動機比功率 的提高，其應(yīng)用的局限性越來越大，主要原因是目前的技術(shù)水平使最薄壁厚僅為3-5mm的 本體斷面硬度差< 40HBS、組織細(xì)密均勻很難；同時片狀石墨的存在，使得為了滿足更高的 使用要求而繼續(xù)提高強度、韌性和耐磨性變得極為困難，難以實現(xiàn)薄壁高強度、輕量化氣缸 體。對于轎車柴油機，氣缸體技術(shù)尤其需要考慮輕量化和結(jié)構(gòu)強度的提高。蠕墨鑄鐵 的石墨形狀與片狀石墨相比，長度較短而厚，端部較圓，長厚比在10以下(灰鑄鐵一般為 50 100)，且表面粗糙，較圓的端部能抑制裂紋的發(fā)生和擴展，粗糙的表面能限制石墨的 脫離。這種獨特的石墨形狀，能大大提高抗拉強度、疲勞強度、彈性模量和耐磨性等性能。另 夕卜，蠕墨鑄鐵的金相組織具有筐絡(luò)結(jié)構(gòu)，筐絡(luò)結(jié)構(gòu)強化了蠕墨鑄鐵的組織，使蠕墨鑄鐵具有 良好的機械性能，在承受潤滑摩擦?xí)r，球鐵筐絡(luò)凸起，蠕墨共晶團下凹而儲油，從而使蠕墨 鑄鐵具有良好的耐磨性能。這些特點決定了蠕墨鑄鐵是一種理想的氣缸體材料，它具有球 墨鑄鐵的強度，和灰鑄鐵相比又有類似的防振、導(dǎo)熱能力及鑄造性能，而又比灰鑄鐵有更好 的塑性和耐疲勞性能；同時可以實現(xiàn)薄壁輕量化的目標(biāo)。
此外，傳統(tǒng)的小型柴油機氣缸體鑄造方式一般采用氣缸水平的重力澆注方式，相對來說，氣缸體頂部和氣缸部位的材料致密度差，鑄造缺陷較多，從而成品率低，制造成本 高；同時隨著轎車柴油機比功率的不斷提高，鑄件的強度要求越來越高，這種傳統(tǒng)的澆注方 式越來越不能滿足高強度的要求。另外，傳統(tǒng)鑄型一般采用熱芯，其變形大，同時導(dǎo)致能耗 大，且生產(chǎn)效率相對低。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種轎車柴油機氣缸體，該氣缸體具有薄壁輕 量、強度高等特點。同時，本發(fā)明還提供一種轎車柴油機氣缸體鑄造方法，該方法可以鑄造 出高質(zhì)量的薄壁輕量轎車柴油機氣缸體。本發(fā)明轎車柴油機氣缸體，采用蠕墨鑄鐵材料，通過同時使用稀土鎂硅鐵和稀土 硅鐵兩種蠕化劑，其中稀土鎂硅鐵蠕化劑用量為0. 2% 0. 3% ；稀土硅鐵蠕化劑用量為 0. 3% 0. 5% (根據(jù)鐵水含硫量調(diào)整)，鑄件主要部位蠕化率控制在80% 95%之間。本發(fā)明轎車柴油機氣缸體，壁厚為3mm，缸心距為86mm，氣缸體的長X寬X高 (mm)為=413.4X464.2X225. 6，薄壁、總體尺寸小、重量輕，相對整車適配性好。本發(fā)明轎車柴油機氣缸體布置所需油道、水道、加強筋結(jié)構(gòu)，氣缸體的結(jié)構(gòu)剛度、 強度滿足實現(xiàn)高的比功率要求。本發(fā)明轎車柴油機氣缸體鑄造工藝中，通過調(diào)整兩種蠕化劑的用量、控制澆注工 藝實現(xiàn)了薄壁輕量化、高強度的目標(biāo)。氣缸體鑄件采用缸頂朝下的重力澆注方式澆注，其 中，采用水套砂芯采用整體式結(jié)構(gòu)，澆注工藝性好，保證了水套的鑄造精度以及氣缸體頂部 和氣缸部位材料的致密度，從而能滿足高強度要求；另外采用全冷芯鑄型，這種鑄型可噴涂 耐高溫涂料，砂型強度硬度高、精度高，鑄型發(fā)氣量小，從而保證薄壁氣缸體鑄件的精度，并 最大限度地控制了鑄造缺陷。本發(fā)明轎車柴油機氣缸體鑄造工藝中，氣缸體前端直接鑄造出噴油泵的安裝法 蘭，并直接鑄出齒輪室或鏈輪室；后端直接鑄出變速箱連接法蘭及起動電機的安裝法蘭，總 體結(jié)構(gòu)緊湊，裝配工藝性好。本發(fā)明轎車柴油機氣缸體鑄造工藝中，缸孔部位通過等離子淬火，進一步提高缸 孔工作部位的硬度，實現(xiàn)無缸套制造，進一步降低了整機成本。由于采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果1、氣缸體總體尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，壁薄，實現(xiàn)了輕量化目標(biāo)，相對整車適配性好；2、采用蠕墨鑄鐵材料，通過兩種蠕化劑調(diào)配使用，鑄件主要部位蠕化率達到 80 % 95 %，實現(xiàn)了高強度薄壁鑄造。并通過采用缸頂朝下、整體式水套砂芯以及全冷芯鑄 型的澆注工藝，大大提高了氣缸體的抗拉強度、疲勞強度、彈性模量和耐磨性能；3、薄壁、輕量化鑄造，并采用缸孔等離子淬火實現(xiàn)無缸套制造有效地降低了整機 制造成本；4、成熟的蠕化、澆注工藝，可以推廣應(yīng)用于大功率機型氣缸體及氣缸蓋的制造。


圖1為本發(fā)明轎車柴油機氣缸體的前端軸側(cè)視圖2為本發(fā)明轎車柴油機氣缸體的俯視圖；圖3為圖2的A-A剖面示意圖；圖4為圖2的B-B剖面示意圖；圖5為本發(fā)明轎車柴油機氣缸體的仰視圖；
圖6為本發(fā)明轎車柴油機氣缸體的后端軸側(cè)視圖。其中11-齒輪室或鏈輪室，12-噴油泵安裝法蘭，13-變速箱連接法蘭及起動電機 的安裝法蘭，3-氣缸體壁厚(為3mm)。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種轎車柴油機氣缸體，采用蠕墨鑄鐵材料，通過同時使用稀土鎂 硅鐵和稀土硅鐵兩種蠕化劑，其中稀土鎂硅鐵蠕化劑用量為0. 2% 0. 3% ；稀土硅鐵蠕化 劑用量為0. 3 % 0. 5 % (根據(jù)鐵水含硫量調(diào)整)，鑄件主要部位蠕化率控制在80 % 95 % 之間。兩種蠕化劑的配方可以按本領(lǐng)域知識確定。同時通過控制澆注工藝實現(xiàn)了薄壁輕量化、高強度的目標(biāo)，氣缸體壁厚為3mm。氣 缸體鑄件采用缸頂朝下的重力澆注方式澆注，其中，采用水套砂芯采用整體式結(jié)構(gòu)，澆注工 藝性好，保證了水套的鑄造精度以及氣缸體頂部和氣缸部位材料的致密度，從而滿足高強 度要求；另外采用全冷芯鑄型，這種鑄型可噴涂耐高溫涂料，砂型強度硬度高、精度高，鑄型 發(fā)氣量小，從而保證薄壁氣缸體鑄件的精度，并最大限度地控制了鑄造缺陷。氣缸體前端直 接鑄造出噴油泵的安裝法蘭，并直接鑄出齒輪室或鏈輪室；后端直接鑄出起動電機的安裝 法蘭，總體結(jié)構(gòu)緊湊，裝配工藝性好。合理布置各種油道、水道、加強筋，結(jié)構(gòu)剛度、強度滿足 實現(xiàn)高的比功率要求。同時，缸孔部位通過等離子淬火，進一步提高缸孔工作部位的硬度， 實現(xiàn)無缸套制造，進一步降低了整機成本。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。如圖1至圖6所示，本發(fā)明實施例的轎車柴油機氣缸體，壁厚為3mm ；缸心距僅為 86，總體尺寸小、重量輕，長X寬X高(mm)為413. 4X464. 2X225. 6。氣缸體前端直接鑄造出噴油泵的安裝法蘭12，并直接鑄出齒輪室或鏈輪室11 ；后 端直接鑄出變速箱連接法蘭及起動電機的安裝法蘭13，總體結(jié)構(gòu)緊湊，裝配工藝性好。合理布置各種油道、水道、加強筋，氣缸體的結(jié)構(gòu)強度滿足實現(xiàn)高的比功率要求。本發(fā)明轎車柴油機氣缸體，實現(xiàn)了薄壁輕量化，及強度、剛度、韌性、耐磨性等綜合 性能優(yōu)越的目標(biāo)，符合減少排放、降低油耗、提高功率和增加舒適性的汽車發(fā)展方向，同時 制造成本相對低，可以廣泛推廣應(yīng)用于轎車柴油機氣缸體及大功率機型氣缸體和氣缸蓋的 制造。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù) 方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本發(fā)明已進行了詳細(xì)的說明，但是，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換；而一切不脫離本 發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
一種轎車柴油機氣缸體，其特征在于所述轎車柴油機氣缸體采用蠕墨鑄鐵材料，同時使用稀土鎂硅鐵和稀土硅鐵兩種蠕化劑，其中稀土鎂硅鐵蠕化劑用量為0.2％～0.3％；稀土硅鐵蠕化劑用量為0.3％～0.5％，鑄件蠕化率控制在80％～95％之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的轎車柴油機氣缸體，其特征在于所述轎車柴油機 氣缸體壁厚為3mm，缸心距為86mm;氣缸體的長X寬X高以mm為單位的尺寸為 413. 4X464. 2X225. 6。
3.按照權(quán)利要求1和2所述的轎車柴油機氣缸體，其特征在于所述轎車柴油機氣缸 體布置所需的油道、水道、加強筋結(jié)構(gòu)。
4.按照權(quán)利要求1所述的轎車柴油機氣缸體鑄造方法，其特征在于所述轎車柴油機 氣缸體鑄件采用缸頂朝下的重力鑄造方式澆注，采用整體式水套砂芯，全冷芯鑄型。
5.按照權(quán)利要求4所述的鑄造方法，其特征在于氣缸體前端直接鑄造出噴油泵的安 裝法蘭，并直接鑄出齒輪室或鏈輪室；后端直接鑄出變速箱連接法蘭及起動電機的安裝法AA *. o
6.按照權(quán)利要求4所述的鑄造方法，其特征在于所述轎車柴油機氣缸體的缸孔部位 進行等離子淬火處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種轎車柴油機氣缸體及其鑄造方法。轎車柴油機氣缸體采用蠕墨鑄鐵材料，壁厚為3mm，缸心距為86mm，氣缸體前端以直接鑄造方式設(shè)置噴油泵安裝法蘭和齒輪室或鏈輪室；氣缸體后端以直接鑄造方式設(shè)置變速箱連接法蘭和起動電機安裝法蘭。通過調(diào)整蠕化劑配方、控制熔煉和澆注工藝實現(xiàn)了薄壁輕量化、高強度的目標(biāo)，水套砂芯采用整體式結(jié)構(gòu)，澆注工藝性好，同時采用缸頂朝下的鑄造姿態(tài)，保證水套鑄造精度；采用全冷芯鑄型，這種鑄型可噴涂耐高溫涂料，砂型強度硬度高、精度高，鑄型發(fā)氣量小，從而保證薄壁氣缸體鑄件的精度，并有效減少鑄造缺陷。
文檔編號B22D15/02GK101858272SQ20091011398
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者李金印, 沈捷, 王利民, 陳財坤, 韓義勇 申請人:廣西玉柴機器股份有限公司