發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的案例
以發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋類、輪類鑄件為案例，分析鑄件澆注系統(tǒng)、冒口設(shè)計(jì)、上下箱設(shè)計(jì)！
1.1發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋類鑄件
各類發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵（鋼）缸蓋類鑄件的砂型鑄造，普遍采用的是一些常用手冊或教科書上通常推薦的圖1所示的上、下箱各置鑄件一半結(jié)構(gòu)的澆注位置鑄造工藝方案。
圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋類鑄件上、下箱各置一半鑄件結(jié)構(gòu)的澆注位置鑄造工藝方案，在生產(chǎn)中鑄件易產(chǎn)生氣孔、澆不足、冷隔等缺陷。該種狀態(tài)在我國無論南北的鑄造廠都是極為普遍存在的，而且通常都是該類鑄件的主要缺陷，尤其是氣孔通常為該類鑄件廢品缺陷的第一要因，是相關(guān)工廠鑄造生產(chǎn)中多年存在的“老、大、難”技術(shù)問題。
在工廠的實(shí)際生產(chǎn)中，為解決該缸蓋類鑄件氣孔等鑄造缺陷，較為普遍的方法是采用粗粒度的型砂（45/75目）、在上下砂型背面各扎出多個(gè)不穿透的出氣孔（道）、在鑄件的上表面的搭子上設(shè)置眾多個(gè)出氣針及其出氣片結(jié)構(gòu)、設(shè)置若干個(gè)“出氣”冒口，以及提高鐵液的澆注溫度至1410℃（以上）等工藝措施。然而這會(huì)使得造型工藝復(fù)雜化，以及使鑄件的表面質(zhì)量降低和增加鑄件清理(拋丸)的難度和鑄造生產(chǎn)成本。
1.2輪類鑄件
各類鑄鐵（鋼）輪類鑄件的砂型鑄造，亦普遍采用的是一些常用手冊或教科書上較為通常推薦的圖2所示的上、下箱各置鑄件一半鑄件結(jié)構(gòu)的澆注位置鑄造工藝方案。
輪類鑄件在鑄造時(shí)容易出現(xiàn)縮孔、氣孔、夾砂、裂紋和砂眼等鑄造缺陷，或容易出現(xiàn)縮孔、裂紋、砂眼缺陷。輪類鑄件的圖2所示上、下箱各置一半鑄件結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)鑄造工藝方案，該種工藝方案（狀態(tài)）在各類鑄造廠都較為普遍存在，其氣孔、縮孔等缺陷亦通常為該類鑄件廢品的主要因素。
展開 鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)和鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
說到發(fā)動(dòng)機(jī)，你知道你的車發(fā)動(dòng)機(jī)是什么材料的嗎？目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主要有鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)與全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)兩種。那么這兩種材料發(fā)動(dòng)機(jī)，哪一種最好用呢？兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別在哪里？
其實(shí)，如今幾乎全部的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋材料的全鋁，因?yàn)殇X制的缸蓋具有的散熱性能是最好的。而鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋其實(shí)也是鋁合金的，只不過缸體是鑄鐵的。
其中一個(gè)較早的方案是在鋁合金缸體的缸筒上加鑄鐵缸套。鑄鐵缸套相比鋁合金還有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)在于其熱力學(xué)特征。這不僅體現(xiàn)在其熱傳導(dǎo)性上，還表現(xiàn)在物理特征妨礙了其維持最佳燃燒所需要的活塞效率和內(nèi)徑溫度。
根據(jù)嵌入類型還可能進(jìn)一步造成缸套與缸體材料之間的接合不理想，并在缸套與缸體之間形成絕緣點(diǎn)。根據(jù)這些不理想接合點(diǎn)的位置分布，可能使發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的擊倒抗性產(chǎn)生重大改變。
如今，熱噴涂缸筒應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)使汽車制造商能夠在缸筒內(nèi)涂上一層耐磨涂層，替代傳統(tǒng)的鑄鐵缸套。柯馬可為客戶提供一套融合創(chuàng)新的等離子高速熔焊(PTWA)熱噴涂系統(tǒng)。PTWA 工藝采用高速離子化熔焊技術(shù)，使鋼粒子在鋁合金缸筒上形成一層涂層。噴涂了涂層后的鋁合金缸體依舊是一體式缸體，不再因嵌入一個(gè)鑄鐵缸套而需要忍受缸筒變形問題，也不再具有鑄鐵缸套所有的熱力學(xué)缺點(diǎn)。
用等離子熱噴涂缸筒取代灰鑄鐵缸套，不僅減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的總體重量，而且增加了其耐磨性并降低了能耗。最新的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)典范是熱噴涂涂層缸筒，不論是設(shè)計(jì)新生產(chǎn)線還是改裝現(xiàn)有生產(chǎn)線，
熱能改進(jìn)：缸孔溫度降低
目前已有不少熱噴涂涂層缸套比鑄鐵缸套具有更多的優(yōu)勢。在發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量上，根據(jù)缸體的幾何構(gòu)造并綜合改善后的耐久性，熱噴涂涂層缸套可以為每個(gè)缸筒降低 454g 的質(zhì)量。熱噴涂技術(shù)還可以增強(qiáng)制造的靈活性，因?yàn)橐慌_(tái)設(shè)備可以為不同長度和直徑的缸筒實(shí)施噴涂。更重要的是，熱噴涂涂層改善了熱力學(xué)特性、散熱性、機(jī)械效率，并可以提高整體的燃油效率。
展開 快速了解：汽缸蓋的工藝、夾具與產(chǎn)線技術(shù)
汽缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)的幾大關(guān)鍵部件之一，零件尺寸較小，但結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，壁薄且壁厚不均勻，加工部位多，特別是有數(shù)個(gè)平面與孔系，導(dǎo)致加工難度很大。
發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工技術(shù)分析
在缸蓋零件各加工表面中，通常平面的加工精度比較容易保證，而精度要求較高的支撐孔的加工精度以及孔與孔之間、孔與平面之間的相互位置精度則較難保證。缸蓋零件的技術(shù)要求主要可歸納如下：
1.主要平面的形狀精度和表面粗糙度
缸蓋的主要平面是裝配基準(zhǔn)，并且往往是加工時(shí)的定位基準(zhǔn)，所以，應(yīng)有較高的平面度和較小的粗糙度值，否則，直接影響缸蓋加工時(shí)的定位精度，影響缸蓋加工的定位精度，影響缸蓋與機(jī)座總裝時(shí)的接觸剛度和相互位置精度。
一般缸蓋的主要平面的平面度在0.1～0.03mm，表面粗糙度Ra2.5～0.63μm，各主要平面對裝配基準(zhǔn)面垂直度為0.1/300.
2.孔的精度、表面粗糙度及主要孔和平面的相互位置精度
一般缸蓋孔的尺寸精度為IT6，圓度、圓柱度公差不超過孔徑公差的一半，表面粗糙度值為Ra0.63～0.32μm。其余尺寸精度為IT7～I(xiàn)T6,表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm。各孔之間的孔距公差為0.12～0.05mm，平行度公差應(yīng)小于孔距公差，一般在全長取0.1～0.04mm。同一軸線上主要平面間及主要平面之間垂直度公差為0.1～0.04mm。
展開 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的快速形狀及拓?fù)鋬?yōu)化
背景
客戶是一家北美領(lǐng)先的汽車制造商
客戶希望能在氣缸蓋和缸體上嘗試做減重修改。該項(xiàng)目的交付期限很短，客戶希望在性能目標(biāo)達(dá)到的前提下，從各個(gè)部件中實(shí)現(xiàn)合理的減重目標(biāo)。此外，客戶希望同時(shí)進(jìn)行形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化，以提高材料利用率。同時(shí)，可以針對缸體上的筋作進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和拓?fù)鋬?yōu)化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力總成的剛度和彎曲模態(tài)的優(yōu)化方案。
解決方案
由于時(shí)間至關(guān)重要，DEP團(tuán)隊(duì)采用了“極簡設(shè)計(jì)方法”應(yīng)用于該項(xiàng)目。極簡設(shè)計(jì)方法包括將設(shè)計(jì)更改盡可能減少，同時(shí)需要驗(yàn)證工藝制造可行性。
形狀優(yōu)化：
形狀優(yōu)化包括以下步驟：
對初始輸入模型進(jìn)行NVH，疲勞分析；
利用Meshworks建立參數(shù)化模型，獲取最優(yōu)的重量以及和初始方案一致的性能；
經(jīng)過和制造團(tuán)隊(duì)的討論，得到可行的設(shè)計(jì)修改空間；例如，合理的壁厚，翻邊厚度，筋的厚度，凸臺(tái)高度等；
將參數(shù)化的變量值修改為合理范圍，以達(dá)到所有的目標(biāo)值；
所有的分析如下：
缸體疲勞分析；
缸孔變形分析；
NVH分析 – 動(dòng)力總成彎曲模態(tài)，偏移，以及附件加速度和噪聲分析。
拓?fù)鋬?yōu)化
用MeshWorks快捷的在缸體上直接增加筋或刪除筋，以及創(chuàng)建包絡(luò)拓?fù)淇臻g
CAD-Morpher
可以依據(jù)網(wǎng)格的變形結(jié)果，將原始CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行100%的變形，這個(gè)結(jié)果是可以直接導(dǎo)出為CAD軟件可識別的格式，例如parasolid格式。
結(jié)果
重量降低10%，同時(shí)各項(xiàng)性能指標(biāo)全部滿足設(shè)計(jì)要求。
DEP MeshWorks的優(yōu)勢
展開 
3D打印真正用于發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)！探秘傳統(tǒng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的寶馬S58背后的技術(shù)
寶馬（BMW）推出了全新發(fā)動(dòng)機(jī)BMW S58，S58 發(fā)動(dòng)機(jī)將取代S55 發(fā)動(dòng)機(jī)安裝于寶馬M車型中。
2013年，寶馬推出的S55發(fā)動(dòng)機(jī)，這款六缸發(fā)動(dòng)機(jī)為寶馬M3轎車和M4雙門轎跑車提供動(dòng)力，作為S55的“繼任者”，S58 將延續(xù)S55 的優(yōu)勢，并在技術(shù)和性能方面有所提升。BMW S58將被安裝于寶馬緊湊SUV及其轎跑版本寶馬X3 M和X4 M 車型中以及下一代M3 和M4 車型中。
為了滿足輕量化以及熱管理性能的需求，寶馬采用了3D打印技術(shù)來制造S58發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的鑄造砂芯。
實(shí)現(xiàn)集成冷卻通道的復(fù)雜缸蓋結(jié)構(gòu)
S58發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)是寶馬最新的模塊化架構(gòu)，和S55一樣使用并聯(lián)雙渦輪增壓設(shè)計(jì)，分別為1-3缸和4-6缸提供壓縮空氣。
S58發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪壓氣機(jī)和冷卻管路都經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，升級的壓縮機(jī)和由低溫回路提供的間接中冷器，進(jìn)一步增強(qiáng)了S58發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。 流量優(yōu)化的進(jìn)氣系統(tǒng)可減少壓力損失，而電子控制的泄壓閥（可快速關(guān)閉）可提高響應(yīng)性，開度更大的泄壓閥也提高了催化轉(zhuǎn)化器的效率。該發(fā)動(dòng)機(jī)還集成了三個(gè)散熱器，以及獨(dú)立的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器、獨(dú)立的變速器油冷卻器。
圖片來源：BMW
在性能方面，面向普通版車型的“入門級”S58 功率達(dá)353kW（480PS），最大扭矩區(qū)間為2600rpm~5600rpm；面向Competition 版本車型的S58發(fā)動(dòng)機(jī)，功率高達(dá)375kW，最大扭矩區(qū)間為2600rpm~5950rpm。“入門級”S58 發(fā)動(dòng)機(jī)比目前在M3 CS和M4 CS型號安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)更強(qiáng)大。
展開 30年生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)：4類常用鑄件的工藝不足分析+改進(jìn)方法！
1.1發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋類鑄件
各類發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵（鋼）缸蓋類鑄件的砂型鑄造，普遍采用的是一些常用手冊或教科書上通常推薦的圖1所示的上、下箱各置鑄件一半結(jié)構(gòu)的澆注位置鑄造工藝方案。
圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋類鑄件上、下箱各置一半鑄件結(jié)構(gòu)的澆注位置鑄造工藝方案，在生產(chǎn)中鑄件易產(chǎn)生氣孔、澆不足、冷隔等缺陷。該種狀態(tài)在我國無論南北的鑄造廠都是極為普遍存在的，而且通常都是該類鑄件的主要缺陷，尤其是氣孔通常為該類鑄件廢品缺陷的第一要因，是相關(guān)工廠鑄造生產(chǎn)中多年存在的“老、大、難”技術(shù)問題。
在工廠的實(shí)際生產(chǎn)中，為解決該缸蓋類鑄件氣孔等鑄造缺陷，較為普遍的方法是采用粗粒度的型砂（45/75目）、在上下砂型背面各扎出多個(gè)不穿透的出氣孔（道）、在鑄件的上表面的搭子上設(shè)置眾多個(gè)出氣針及其出氣片結(jié)構(gòu)、設(shè)置若干個(gè)“出氣”冒口，以及提高鐵液的澆注溫度至1410℃（以上）等工藝措施。然而這會(huì)使得造型工藝復(fù)雜化，以及使鑄件的表面質(zhì)量降低和增加鑄件清理(拋丸)的難度和鑄造生產(chǎn)成本。
1.2輪類鑄件
各類鑄鐵（鋼）輪類鑄件的砂型鑄造，亦普遍采用的是一些常用手冊或教科書上較為通常推薦的圖2所示的上、下箱各置鑄件一半鑄件結(jié)構(gòu)的澆注位置鑄造工藝方案。
輪類鑄件在鑄造時(shí)容易出現(xiàn)縮孔、氣孔、夾砂、裂紋和砂眼等鑄造缺陷，或容易出現(xiàn)縮孔、裂紋、砂眼缺陷。輪類鑄件的圖2所示上、下箱各置一半鑄件結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)鑄造工藝方案，該種工藝方案（狀態(tài)）在各類鑄造廠都較為普遍存在，其氣孔、縮孔等缺陷亦通常為該類鑄件廢品的主要因素。
展開 三缸發(fā)動(dòng)機(jī)降振技術(shù)研究
摘要：現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)向著功率和效率雙高方向發(fā)展，車內(nèi)振動(dòng)噪聲主要源自于發(fā)動(dòng)機(jī)總成的振動(dòng)。隨著駕乘人員對汽車NVH 特性關(guān)注度越來越高，如何降低此部分震動(dòng)并進(jìn)行傳遞過程的隔離和切斷時(shí)整車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。根據(jù)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)振動(dòng)原理建立有限元模型，并進(jìn)行仿真分析。對發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)優(yōu)化進(jìn)行探討，完成發(fā)動(dòng)機(jī)的減振優(yōu)化過程。為發(fā)動(dòng)機(jī)降低振動(dòng)，提高汽車舒適性提供參考。
引言
汽車NVH 的意思是噪音（Noise）、振動(dòng)（Vibration）和聲振粗糙度（Harshness），由于它們同時(shí)產(chǎn)生和對車輛進(jìn)行干擾，并且在車輛等機(jī)器中不可分割，所以NVH 經(jīng)常被放在一起研究。一般來說，所有與汽車振動(dòng)和噪聲類似的問題都屬于汽車NVH 特性研究的對象。以汽車NVH為研究對象，汽車是一個(gè)由激發(fā)源（發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等）、振動(dòng)傳感器（由懸架系統(tǒng)和側(cè)接器組成）和噪聲發(fā)射器（車身）組成的系統(tǒng)。本文以某汽車三缸發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對象，運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)理論分析了發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、缸體和側(cè)蓋處的振動(dòng)和噪聲源特性。利用有限元理論分析了氣缸蓋、缸體和側(cè)蓋在振動(dòng)噪聲源頻段內(nèi)的模態(tài)。最后，利用邊界元法對優(yōu)化后的車身覆蓋層效果進(jìn)行了預(yù)測。從仿真的角度對三缸發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體各部分的模態(tài)進(jìn)行了研究，并提出了改進(jìn)措施，對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)減振技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
1 三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體振動(dòng)噪聲源的仿真分析
1.1 影響因素分析
發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射噪聲與結(jié)構(gòu)振動(dòng)密切相關(guān)。忽略噪聲的方向性影響，本文采用1/3 倍頻帶分析，該方法適用于分析機(jī)械的噪聲。建立在這個(gè)基礎(chǔ)上，利用振動(dòng)速度法確定了輻射噪聲的主要來源。這些部件合成的發(fā)動(dòng)機(jī)總聲功率級，是指用振動(dòng)速度法得到的各部件聲功率計(jì)算合成的整機(jī)總聲功率，測量的總聲功率是指發(fā)動(dòng)機(jī)在消聲室中測量和計(jì)算的總聲功率。
展開 鋁合金消失模鑄造中縮孔的數(shù)值模擬
圖（一）是采用消失模鑄造成形的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋，上部的冷卻曲線是通過熱電偶儀器測量的，下部冷卻曲線是通過仿真軟件模擬的結(jié)果。如圖所示，雖然由縮孔導(dǎo)致的鑄件廢料率超過80％，仿真冷卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出實(shí)際測量的結(jié)果，但是實(shí)際預(yù)測并沒有孔洞產(chǎn)生。鑄造仿真采用兩種熱物性數(shù)據(jù)，一個(gè)來自于A319公布的數(shù)據(jù)，另一個(gè)來自于AFS資助項(xiàng)目所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以提供更完整的鑄造仿真熱物性數(shù)據(jù)。
仔細(xì)觀察冷卻曲線，可以看出一個(gè)非常真實(shí)的模擬結(jié)果（沒有任何跡象顯示在仿真冷卻曲線中產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變）。圖（二）為發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的焓值變化曲線，鑒于硅的熔化熱是鋁的近四倍，曲線不連續(xù)性應(yīng)該跟它不一樣。
伯明翰市阿拉巴馬大學(xué)鑄造工程實(shí)驗(yàn)室（CEL）采用常用法被稱為硅等價(jià)法來修正焓值曲線。利用該方法及由CEL做其它實(shí)驗(yàn)，通過調(diào)整適當(dāng)焓值來解釋凝固過程中選用焓值較大對從富硅相析出有著很大的貢獻(xiàn)。
圖（三）顯示利用硅等價(jià)法所產(chǎn)生新焓值數(shù)據(jù)。很顯然，隨著富硅共晶相的析
出，曲線會(huì)有很大的不連續(xù)性。正如圖（四）顯示那樣，當(dāng)利用新的焓值數(shù)據(jù)時(shí)，模擬結(jié)果跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全吻合。
結(jié)果與討論
圖5為采用鋁合金由消失模鑄造而成的直列式六缸氣缸體，左圖白色區(qū)域?yàn)閷?shí)
際鑄件的縮孔發(fā)生區(qū)域，右圖白色區(qū)域?yàn)閿?shù)值模擬結(jié)果的縮孔發(fā)生區(qū)域。圖5a的孔洞為了清楚可見，采用白色顏色圓圈標(biāo)識出來，而圖5b為仿真預(yù)測的孔洞的結(jié)果。事實(shí)上，對于該鑄件來說，仿真可以準(zhǔn)確的模擬出宏觀-孔洞的位置，該縮孔主要發(fā)生在氣缸筒之間。之前利用公布的焓值數(shù)據(jù)仿真結(jié)果并沒有預(yù)測出圖5或其它縮孔的位置。
圖6為采用C356鋁合金由消失模鑄造而成的直列式六缸氣缸體，左圖白色區(qū)域?yàn)閷?shí)際鑄件的縮孔發(fā)生區(qū)域，右圖白色區(qū)域?yàn)閿?shù)值模擬的縮孔發(fā)生區(qū)域。圖6b仿真結(jié)果顯示在缸套與排氣管之間形成大面積孔洞。
展開 寶馬的輕結(jié)構(gòu)合金材料發(fā)動(dòng)機(jī)
錳合金的機(jī)體中“隱藏”著鋁合金的缸套水套組件
機(jī)體作為最大的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件，本身就減輕了10kg的重量，其他可以減重的零部件還有鋁合金螺釘?shù)取＿@些鋁合金螺釘不僅重量輕，而且 膨脹系數(shù)與機(jī)體材料非常接近，具有更好的預(yù)緊性能。發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋罩同樣也是由錳合金制成的。
據(jù)寶馬公司稱，在采用了上述種種措施后，這一新的6缸直列式發(fā)動(dòng)機(jī)成為目前重量最輕的發(fā)動(dòng)機(jī)了。發(fā)動(dòng)機(jī)的總重量為161kg，而發(fā)動(dòng)機(jī)的總功率為190 kW，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)的單位重量功率明顯的超出了1kW/kg，是這一檔次轎車中最高的。
上述這些數(shù)字可以給人們留下深刻的印象，但是我們更要看到，工程師們?yōu)榱藴p輕每一公斤重量而付出的極大努力。它們除了必須保證不因重量的減少而影響車輛的安全性、可靠性和駕駛的舒適性，而且在減輕重量的同時(shí)，在現(xiàn)代化的轎車中還必須將這些性能進(jìn)一步提高。
汽車后貨箱中的礦泉水容器以及每年僅僅使用幾次的車頂行李架等等汽車附助裝置，在這次“減重設(shè)計(jì)”中也全部省略了。減輕汽車重量的任務(wù)并不僅僅是汽車設(shè)計(jì)師的事情，也與每一個(gè)汽車消費(fèi)者息息相關(guān)。
展開 【加工制造】圖文并茂——發(fā)動(dòng)機(jī)的加工工藝與產(chǎn)線運(yùn)作實(shí)例
發(fā)動(dòng)機(jī)及其部件（缸體、缸蓋等）是汽車上萬個(gè)零件中決定整車性能的重要組成之一，其工藝也基本代表著最先進(jìn)的汽車制造技術(shù)。這次我們從夾持工藝、產(chǎn)線設(shè)計(jì)至整線安排，由小至大，由細(xì)節(jié)至產(chǎn)線看一些實(shí)例。
發(fā)動(dòng)機(jī)部件液壓夾具實(shí)例
發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋這樣的異形件在每一道工序中都需要專用的液壓夾具來輔助加工，因此汽配件也是非標(biāo)液壓夾具的最大應(yīng)用方之一，包攬了非標(biāo)夾具行業(yè)70%的市場份額。
中國汽車鑄造業(yè)
近十年，美國汽車鋁鑄件增加1.7倍，到2007年，美國轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的95%將采用鋁鑄件，缸體的50%將采用鋁鑄件。歐洲的每車鋁鑄件，1990年為55公斤，2006年，將達(dá)98公斤。比重比鋁合金輕三分之一的鎂合金鑄件在轎車上的應(yīng)用更呈大幅度提高之勢。近幾年，轎車鎂鑄件的應(yīng)用以每年20%的速度增長，1996年，通用公司生產(chǎn)的轎車，每車采用45個(gè)鎂合金鑄件，1998年美國汽車鎂合金鑄件年產(chǎn)已高達(dá)1.3萬噸。我國轎車發(fā)展是與世界的潮流一致的，我國對汽車排放的要求是，一步就達(dá)到歐共體的排放標(biāo)準(zhǔn)（先執(zhí)行歐1號標(biāo)準(zhǔn)，2003年達(dá)到歐II號標(biāo)準(zhǔn)……），而且北京已開始執(zhí)行，其它城市也陸續(xù)執(zhí)行。因此，對汽車鑄件的要求也同世界趨勢是一樣的。對汽車鑄件的輕量化、薄壁化、強(qiáng)韌化的要求，給我國汽車鑄鐵件的鑄造工世水平、設(shè)備與模具的水平和鑄造原、輔材料的水平的提高，形成了巨大的壓力。而我國汽車鋁鑄造，只是近幾年隨著轎車工業(yè)的興起才剛剛開始，汽車鎂鑄造幾乎從零開始。足見我國汽車鑄造業(yè)壓力之大。另一方面，社會(huì)已經(jīng)再不能原諒鑄造業(yè)這個(gè)能源消耗大戶和污染大戶的放任自流。對資源的保護(hù)，對環(huán)境的保護(hù)已是大家的共識。1998年的63屆世界鑄造會(huì)議上，已開始頒發(fā)鑄造環(huán)境保護(hù)獎(jiǎng)，世界上十家率先通過ISO14000認(rèn)證的鑄造廠獲獎(jiǎng)。而我國的環(huán)境污染總水平已相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家歷史上最嚴(yán)重的程度，我國汽車鑄造業(yè)必須走高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保之路，走綠色鑄造之路，別無選擇。年輕的中國汽車鑄造業(yè)任重道遠(yuǎn)。
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一文讀懂鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)：用途、規(guī)格與選型要點(diǎn)
具體包括：平面度檢測（如機(jī)床工作臺(tái)面、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋平面）、平行度檢測（如軸類零件兩端面、導(dǎo)軌滑塊與導(dǎo)軌）、跳動(dòng)檢測（配合V型塊檢測軸類零件的圓跳動(dòng)）
3. 科研試驗(yàn)領(lǐng)域：實(shí)驗(yàn)與模擬的穩(wěn)定載體
在科研機(jī)構(gòu)、高校實(shí)驗(yàn)室或企業(yè)研發(fā)部門，鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)因具備高剛性、低變形、抗振動(dòng)的特性，成為各類試驗(yàn)的穩(wěn)定載體。
材料力學(xué)試驗(yàn)輔助：為拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)試驗(yàn)提供基準(zhǔn)支撐。例如，小型金屬試樣彎曲試驗(yàn)中，平臺(tái)作為試樣的支撐面，確保試驗(yàn)力方向與試樣軸線一致；材料硬度測試時(shí)，平臺(tái)保證試樣表面與硬度計(jì)壓頭垂直
設(shè)備性能模擬試驗(yàn)：對小型設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行性能測試時(shí)，平臺(tái)可隔絕外界振動(dòng)干擾，為設(shè)備提供穩(wěn)定的安裝基準(zhǔn)，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確
環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)輔助：在高低溫、濕度循環(huán)等環(huán)境試驗(yàn)中，平臺(tái)可作為試驗(yàn)樣品的承載基座，其鑄鐵材質(zhì)的耐溫性和耐腐蝕性可適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境
4. 特殊行業(yè)應(yīng)用：定制化場景
除通用場景外，鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)還可根據(jù)行業(yè)需求定制特殊規(guī)格。
船舶/重型機(jī)械領(lǐng)域：定制超大尺寸平臺(tái)，用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)基座、重型機(jī)床床身的精度檢測與裝配
電子/半導(dǎo)體領(lǐng)域：定制高精度、無磁平臺(tái)，用于半導(dǎo)體晶圓檢測、芯片封裝設(shè)備的基準(zhǔn)定和位，避免磁場干擾電子元件
軍和工/航空航天領(lǐng)域：定制高強(qiáng)度、低應(yīng)力平臺(tái)，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測，其嚴(yán)格的應(yīng)力消除工藝可確保長期使用無變形
維護(hù)與保養(yǎng)
放置：需放在平整地面，用調(diào)整墊鐵固定，避免傾斜
清潔：使用后及時(shí)清理鐵屑、油污，用棉紗+中性清潔劑擦拭，避免尖銳物體劃傷
防護(hù)：長期不用時(shí)涂抹防銹油，覆蓋防塵布，防止潮濕生銹
避免沖擊：禁止重物撞擊平臺(tái)表面，防止精度受損
定期校準(zhǔn)：每年定期檢測平面度，若精度偏差需重新精磨修復(fù)。
展開 Abaqus在橡膠密封墊設(shè)計(jì)中的工程化應(yīng)用
橡膠密封墊失效原因分析
圖2為某發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)過程中，缸蓋罩橡膠密封墊容易出現(xiàn)壓破碎問題。針對此現(xiàn)象，通過有限元分析該橡膠密封墊失效原因。
2.1 建立有限元模型
將橡膠密封墊簡化為平面應(yīng)變問題，圖3為缸蓋罩、橡膠密封墊和缸蓋的截面處幾何模型，有兩種截面形式。
壓縮方向截面詳細(xì)尺寸見表1，可得橡膠密封墊壓縮距離為2.2-3mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，壓縮距離越大橡膠越容易失效，取最大壓縮距離3mm進(jìn)行分析。
橡膠硬度(邵氏A型)為65±5，其Rivlin系數(shù)見表2。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，橡膠硬度越大橡膠越容易失效，取最大硬度70進(jìn)行分析。
橡膠密封墊采用四邊形平面應(yīng)變雜交單元（CPE4H）進(jìn)行網(wǎng)格劃分，與缸蓋罩和缸蓋的接觸面簡化為解析剛體。約束缸蓋各方向平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，缸蓋罩上施加向下3mm的強(qiáng)迫位移，密封墊和缸蓋、缸蓋罩之間定義為有限滑移接觸關(guān)系(finite sliding)，摩擦類型為庫侖摩擦，摩擦系數(shù)為0.1。有限元模型見圖4。
2.2分析結(jié)果與評估
密封壓力結(jié)果見圖5。在兩種截面處，橡膠密封墊與缸蓋罩、缸蓋的接觸壓力均大于1Mpa。在無介質(zhì)壓力的情況下，能保證很好的密封效果。
Mises應(yīng)力結(jié)果見圖6，應(yīng)變結(jié)果見圖7。根據(jù)線性黏彈性理論假設(shè)，應(yīng)力松弛率與瞬時(shí)應(yīng)力成正比，在小應(yīng)變情形下瞬時(shí)應(yīng)力又與應(yīng)變成正比。而蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象是黏彈性特性的兩種表現(xiàn)方式。結(jié)果顯示橡膠密封墊產(chǎn)生了較大的應(yīng)力和應(yīng)變，會(huì)造成橡膠的應(yīng)力松弛和蠕變，結(jié)構(gòu)失效，失去原有的密封能力。
3.
展開 壓力缸蓋有限元分析
ansys mechanical壓力缸蓋有限元分析
仿真文件file.mechdat
為什么只有日系汽車公司愿意對中國出售技術(shù)和平臺(tái)？
比如說需要在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋鉆一個(gè)孔，這個(gè)孔的工藝要求是深度10mm，在不知情的情況下加工，可能每次鉆到一半刀就斷了，這時(shí)候你發(fā)現(xiàn)，你所有的工藝流程，制造標(biāo)準(zhǔn)都拿到手了，可用什么材料的刀卻不知道，這個(gè)東西，人家卻不告訴你，所以你沒法鉆出這個(gè)深度10mm的孔。
所以說日系車所謂的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，無非是將一些不重要的東西告訴你，而真正的核心技術(shù)永遠(yuǎn)都握在自己手里。日本人精明得很，當(dāng)年豐田把夏利的全套圖紙給了天汽，包括經(jīng)典的8a發(fā)動(dòng)機(jī)，也就是后面很多國產(chǎn)車仿制的對象，包括吉利長城都仿制過，但是故障率和油耗功率都差一大截，為什么，因?yàn)?em>發(fā)動(dòng)機(jī)里面的一個(gè)器件叫活塞環(huán)，這個(gè)東西對材料有要求，對制造工藝的要求更嚴(yán)格，你要和他一樣，OK，生產(chǎn)線得引進(jìn)，人員要培訓(xùn)，生產(chǎn)線管理軟件要二次開發(fā)，這些都是卡脖子的東西，比圖紙更重要，所以，很多情況下技術(shù)轉(zhuǎn)讓就是大坑，花了幾個(gè)億還得幾十個(gè)億去配套，這也是中國高鐵燒錢硬是把技術(shù)吃透也拒絕引進(jìn)生產(chǎn)線的的原因。
總結(jié)觀點(diǎn)
技術(shù)和平臺(tái)這個(gè)問題，就算人家肯賣，買過來也未必就能按照預(yù)先設(shè)想的狀態(tài)執(zhí)行下去。有很多自主品牌車型都花重金去買先進(jìn)國家的汽車技術(shù)，但是最后到國內(nèi)有一半都呈現(xiàn)出“水土不服”的情況。所以，也并不是所有的“拿來主義”，都能水到渠成。
來源：QUANJING全景
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