發動機汽缸蓋的案例
快速了解：汽缸蓋的工藝、夾具與產線技術
汽缸蓋是發動機的幾大關鍵部件之一，零件尺寸較小，但結構形狀復雜，壁薄且壁厚不均勻，加工部位多，特別是有數個平面與孔系，導致加工難度很大。
發動機缸蓋加工技術分析
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，并且往往是加工時的定位基準，所以，應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的定位精度，影響缸蓋加工的定位精度，影響缸蓋與機座總裝時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～IT6,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 通用汽車應用FLOW-3D：汽車汽缸蓋上接觸式的澆包開發
., General Motors
Pontiac, MI, USA
一、前言
汽缸蓋（Cylinder Hear）是由鑄鐵或鋁合金鑄造，是氣門結構的安裝機體，也是汽缸的密封蓋。汽缸蓋承受氣體力和緊固氣缸蓋螺栓所造成的機械負荷，同時還由于與高溫燃氣接觸而承受很高的熱負荷，因此對于產品的質量要求相當高。
由于汽缸蓋大多采用鑄造工藝成型，因此鑄件常見的缺陷也成了汽缸蓋質量的評估重點。最常見的缺陷在于表面孔洞（subsurface pores）以及氧化夾渣（oxide film）。
圖片1. 汽缸蓋常見的鑄造缺陷
二、傾轉鑄造（Tilt casting）工藝說明
傾轉鑄造是重力鑄造的一種，澆注系統以澆盆連接到模具，并且兩者都緩慢旋轉，使得金屬以很小的湍流進入型腔。目標是通過限制湍流來減少孔隙度和夾雜物。
傾轉鑄造的旋轉速度如果為了不引起湍流而過慢，則金屬液的前沿會開始凝固，導致澆不足；如果系統旋轉過快，則會引起湍流，從而無法達到目的。
圖片2. 傳統傾轉鑄造制程
為了改善鑄造缺陷，GM早在 2012年就取得美國專利 US 2012/0312493 A1，以修正后澆包的設計改善傾轉鑄造問題。為了取得更好的結果，GM決定采用FLOW-3D CAST針對該設計再進行優化，希望取得質量更好的鑄件。
圖片3. 傾轉鑄造專利
三、FLOW-3D CAST數值模擬
進行數值仿真之前，必須先建立相關的網格以及取得分析參數。
仿真模型采用 Siemens NX建立，并且進行簡化及三維圖調整。分析采用FLOW-3D CAST。
FLOW-3D CAST采用四個網格區塊進行分析（網格尺寸 1.5-5mm）。
展開 鋁合金發動機罩蓋沖壓成形
傳統發動機罩蓋一般采用厚度較薄的DC系列鋼板進行制造。DC鋼板具有良好的沖壓成形性能，在沖壓時可以形成復雜零件形狀而不發生開裂，用于發動機罩蓋時，通常采用的板材厚度為0.7～0.8mm。與DC鋼板相比，目前應用于汽車的鋁合金板材的塑性較差，塑性各向異性遠小于DC鋼板，在沖壓成形時，在局部位置容易產生開裂和起皺等缺陷。此外，鋁合金板材還存在表面在運輸、沖制和后續生產過程中，極易產生劃痕，從而影響其涂裝性能和表面質量，沖制過程中產生較大回彈等缺點。
本文以國內某轎車車型為例，對其鋼制發動機罩蓋采用鋁合金板材進行替代沖壓試制，并針對沖壓成形過程中遇到的相關缺陷提出了改進措施，最終制造出質量合格的鋁合金發動機罩蓋。
試驗設備與材料
試驗設備主要包括2000t級別的沖壓機、模具和剪板機。其中，剪板機主要用于裁剪沖壓的鋁合金坯料。本試驗中主要對汽車外覆蓋件進行沖壓成形，主要模具包括凸模和凹模，鋁合金板材沖壓成形時直接采用鋼制外覆蓋件的沖壓模具。原發動機外覆蓋件采用厚度為0.8mm的DC06鋼板，替代的鋁合金材料為0.9mm厚的6016鋁合金，由于二者的厚度差別較小，因此采用原鋼制的外覆蓋件沖壓成形模具對鋁合金板材進行沖壓成形。
圖1 剪板機和2000t級別的沖壓機及模具
表1 DC06和6016的性能對比
6016鋁合金板材的性能如表1所示，與原鋼材DC06相比，6016的均勻延伸率、塑性各向異性指數和FLD0值均偏小，此外其屈強比為0.58，DC06的屈強比為0.53，這些指標均表明，6016鋁合金板材的成形性能較差。因此，雖然此模具可以穩定生產出質量合格的鋼制汽車外覆蓋件，但采用鋁合金板材時，能否生產出合格質量的外覆蓋件，仍有待觀察。
沖壓結果
進行第一輪沖壓后，在外覆蓋件前端發生嚴重開裂，如圖2所示。
展開 汽車發動機的氣缸體和氣缸蓋的裂紋是怎么檢測的
現代汽車基本都是采用水冷多缸發動機，汽車經過較長一段時間的使用后會出現一些故障，發動機的氣缸和氣缸蓋會產生裂紋，五金沖壓件加工廠為您講下這個故障是怎么檢測的。
氣缸體和氣缸蓋容易產生裂紋的部位往往與它們的結構、工作條件和使用不當有關。常見的有曲軸箱的共振裂紋、水套的冰凍裂紋、鑲裝氣缸套時過盈量過大或壓裝工藝不當等造成的裂紋。
氣缸體與氣缸蓋裂紋的檢查，通常采用水壓試驗，其具體操作方法是：先將氣缸蓋及氣缸墊裝在氣缸體上，將水壓機出水管接頭與氣缸前端水泵入水口處連接好，堵住其它水道口，然后將水壓入套，在300-400KPA的壓力下，保持5分鐘，氣缸體和氣缸蓋應無滲漏。
如果氣缸體、氣缸蓋由里向外有水珠滲出，即表明該處有裂紋。對曲軸箱等應力大的部位的裂紋采取焊接法進行修理，對水套及其應力小的部位的裂紋，可以采用膠粘或補漏劑修復。
展開 
印度老師傅鑄造摩托車發動機蓋，手腳并用，技術了得
工藝過程較復雜，且不易控制，使用和消耗的材料較貴，故它適用于生產形狀復雜、精度要求高、或很難進行其它加工的小型零件，如渦輪發動機的葉片等。
三、消失模鑄造
鑄件材質：各種材質
鑄件質量：幾克至幾噸
鑄件表面質量：較好
鑄件結構：較復雜
生產成本：較低
適用范圍：不同批量的較復雜和各種合金鑄件。
工藝特點：鑄件尺寸精度較高，鑄件設計自由度大，工藝簡單，但模樣燃燒有一定的環境影響。
簡述：消失模鑄造是把與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。消失模鑄造是一種近無余量、精確成型的新工藝，該工藝無需取模、無分型面、無砂芯，因而鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度，并減少了由于型芯組合而造成的尺寸誤差。
以上這十一種鑄造方法，工藝特點不同，在鑄造生產中，不同的鑄件，選擇相應的鑄造方法。其實，很難說難種鑄造工藝有絕對的優勢，在生產中，大家也是選擇適用的工藝，選擇性價比更低的工藝方法。
四、離心鑄造
鑄件材質：灰鑄鐵、球墨鑄鐵
鑄件質量：幾十千克至幾噸
鑄件表面質量：較好
鑄件結構：一般為圓筒形鑄件
生產成本：較低
適用范圍：小批量到大批量的旋轉體形鑄件、各種直徑的管件。
工藝特點：鑄件尺寸精度高，表面光潔，組織致密，生產效率高。
簡述：離心鑄造（centrifugalcasting）是指將液態金屬澆入旋轉的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固成鑄件的鑄造方法。離心鑄造用的機器稱為離心鑄造機。
展開 三明治材料輕量化汽車發動機罩蓋的創新設計
來源：汽車材料網
隨著高強鋼技術和輕量化設計的發展，發動機蓋通過高剛性材料以及三明治鋼板（Litecor）的使用實現20%的輕量化空間，而且兼顧性能和安全。同時，輕量化低成本設計使得這一解決方案更具經濟價值。此外，鎂合金材料的混合應用更是可實現40%的減重效果。
作為InCar plus項目的一部分，蒂森克虜伯開發了“三明治鋼板材料”Litecor。該材料由上下兩層薄鋼板，加上中間纖維增強熱塑性復合材料芯層組成。鋼板和芯層的厚度可根據特定的應用需求量身定制。Litecor作為發蓋材料在實現輕量化的同時將更利于行人保護。
蒂森克虜伯在該項目的研究中做了大量的工作，開發的新型發蓋材料具有較好的剛性和抗凹性能。同時，行人保護也是發蓋設計需要考慮的一個重要方面。Euro-NCAP碰撞測試就包括了發蓋的碰撞測試，在車輛前部結構上設置168個測量點，模擬頭部沖擊來衡量行人保護性能。Litecor材料加上優化的設計，InCar plus項目開發的發蓋將具備Euro-NCAP五星潛力。
使用Litecor三明治材料制造的發蓋外板具有出色的剛度和輕量化效果，其比對標的傳統發蓋外板輕了2.9千克。厚度方面，由于Litecor層狀結構使得其厚度比對標金屬發蓋的0.70 mm要大，總厚度達到了0.85 mm。因此，研究人員進行了進一步的結構優化設計，通過減小厚度和優化支柱設計來調整內部結構，實現了1.5千克的減重。綜上，新型發蓋實現了4.4 kg的減重。
力學性能方面，通過前、后橫向剛度以及縱向剛度的測試，該發蓋的剛性滿足條件要求。
展開 基于Adams的汽車發動機蓋外板二次切斷廢料滑落研究
2
汽車發動機蓋外板模具實例分析
圖2（b）所示為某汽車發動機蓋外板的第二工序簡圖，針對第二工序模具要實現的功能進行分析。
（1）發動機蓋外板修邊，且同時滿足二次切斷的功能。
（2）發動機蓋外板中間沖孔。
（3）發動機蓋外板與擋風玻璃搭接方向沖兩處三角形工藝孔，為后工序定位所用。
通過與客戶進行技術交流，客戶要求第二工序廢料滑出機床外，因此根據工藝要求并結合客戶需求進行了如下模具結構設計。
圖3 下模結構
1.凸模 2.定位塊 3.二次切斷刀 4.廢料導滑桿 5.廢料擋板 6.下模座
從第二工序模具下模結構（見圖3）可看出，模具前側設計了廢料導滑桿及二次切斷刀，只有將一次切斷廢料順利導滑到二次切斷刀上，且二次切斷刀長度足夠時才能保證廢料二次切斷的順利完成。廢料能否順利滑落通過人工檢查存在一定的風險。現采用Adams軟件進行模擬，通過以下4個步驟對模型進行廢料滑落干涉檢查、原因分析和模具修改。
01進行數據讀取和基本參數設定
將UG設計的實體及材料轉換為“.x_t”文件格式，通過Adams軟件讀取數據，如圖4、圖5所示，設定模具及材料如圖6所示。
展開 Moldex3D模流分析之金屬成型解決方案
生產的主要零件有發動機汽缸體、汽缸蓋、變速箱體、發動機罩、儀表及照相機的殼體及支架，管接頭齒輪等。
鑄造工藝過程復雜，影響鑄件質量的因素很多，往往由于流道設計、工藝方案不合理，生產操作不當、材料問題等原因，會使鑄件產生各種鑄造缺陷，如：氣孔、縮孔、砂眼、氣泡、冷隔、澆不足、裂紋等問題。大多數的企業往往通過經驗設計流道和模具結構，再通過反復試模和修模解決問題。這樣帶來的結果：設計周期長、廢品率高、人工和生產成本高、交貨周期長。采用CAE壓鑄模流分析，可以提前預測缺陷問題，并可以得到最優的澆鑄系統和冷卻系統設計方案。
Cast-Designer壓鑄產品解決方案
Cast-Designer是目前唯一完整覆蓋壓鑄全設計鏈的商業軟件。提供從鑄件產品分析、工藝系統設計、前端分析計算、生產周期優化以及基于遺傳算法的智能優化的全工藝鏈的綜合解決方案。
30分鐘設計一個流道；1小時驗證一個方案、1個工作日分析4-5個方案
將專家系統與CAE技術有效結合在一起，專為鑄造企業量身打造的產品和模具設計解決方案
Cast-Designer包括五大模塊：
1)基于鑄件的DFM評估（產品可鑄性分析）；
2)設計專家系統；包括流道、溢流槽、冷卻水道、排氣系統
3)前端分析系統；包括充型、凝固、應力變形；目前唯一具有雙核芯求解器，流動分析同時具備FEM有限元以及CFD 計算流體力學求解器；多物理場耦合，完整分析鑄件在凝固冷卻過程對模具產生的應力以及模具壽命。
4)生產周期自動優化系統；自動循環優化，尋找最優的生產周期。
5)智能優化系統；基于最先進的遺傳算法。
展開 Moldex3D模流分析之金屬成型解決方案
生產的主要零件有發動機汽缸體、汽缸蓋、變速箱體、發動機罩、儀表及照相機的殼體及支架，管接頭齒輪等。
鑄造工藝過程復雜，影響鑄件質量的因素很多，往往由于流道設計、工藝方案不合理，生產操作不當、材料問題等原因，會使鑄件產生各種鑄造缺陷，如：氣孔、縮孔、砂眼、氣泡、冷隔、澆不足、裂紋等問題。大多數的企業往往通過經驗設計流道和模具結構，再通過反復試模和修模解決問題。這樣帶來的結果：設計周期長、廢品率高、人工和生產成本高、交貨周期長。采用CAE壓鑄模流分析，可以提前預測缺陷問題，并可以得到最優的澆鑄系統和冷卻系統設計方案。
Cast-Designer壓鑄產品解決方案
Cast-Designer是目前唯一完整覆蓋壓鑄全設計鏈的商業軟件。提供從鑄件產品分析、工藝系統設計、前端分析計算、生產周期優化以及基于遺傳算法的智能優化的全工藝鏈的綜合解決方案。
30分鐘設計一個流道；1小時驗證一個方案、1個工作日分析4-5個方案
將專家系統與CAE技術有效結合在一起，專為鑄造企業量身打造的產品和模具設計解決方案
Cast-Designer包括五大模塊：
1)基于鑄件的DFM評估（產品可鑄性分析）；
2)設計專家系統；包括流道、溢流槽、冷卻水道、排氣系統
3)前端分析系統；包括充型、凝固、應力變形；目前唯一具有雙核芯求解器，流動分析同時具備FEM有限元以及CFD 計算流體力學求解器；多物理場耦合，完整分析鑄件在凝固冷卻過程對模具產生的應力以及模具壽命。
4)生產周期自動優化系統；自動循環優化，尋找最優的生產周期。
5)智能優化系統；基于最先進的遺傳算法。
展開 從“汽車輕量化”看工程塑料的具體應用
尼龍PA
尼龍主要用于汽車發動機及發動機周邊部件，主要品種是GFPA6、GFPA66、增強阻燃PA6等產品。
(1)在汽車發動機周邊部件上的應用由于發動機周邊部件主要是發熱和振動部件，其部件所用材料大多數是玻纖增強尼龍。這是因為尼龍具有較好的綜合性能，用玻纖改性后的尼龍，主要性能得到很大的提高，如強度、制品精度、尺寸穩定性等均有很大的提高。另外，尼龍的品種多，較易回收循環利用，價格相對便宜等，這些因素促成尼龍成為發動機周邊部件的理想選擇材料。
(2)在汽車發動機部件上的應用。發動機蓋，發動機裝飾蓋，汽缸頭蓋等部件一般都用改性尼龍作為首選材料，與金屬材質相比，以汽缸頭蓋為例質量減輕50%，成本降低30%。除了發動機部件外，汽車的其他受力部件也可使用增強尼龍，如機油濾清器，刮雨器，散熱器格柵等。
聚酯
在汽車制造領域，聚酯廣泛地用于生產保險杠、化油器組件、擋泥板、擾流板、火花塞端子板、供油系統零件、儀表盤、汽車點火器、加速器及離合器踏板等部件。PBT與增強PA、PC、POM在汽車制造業中的競爭十分激烈，PA易吸水，PC的耐熱性耐藥性不及PBT；在汽車用途接管方面，由于PBT的抗吸水性優于PA，將會逐漸取代PA。在相對濕度較高、十分潮濕的情況下，由于潮濕易引起塑性降低，電器節點處容易引起腐蝕，常可使用改性PBT。在80℃、90%相對濕度下，PBT仍能正常使用，并且效果很好。
聚甲醛POM
POM質輕，加工成型簡便，生產成本低廉，材料性能與金屬相近。改性POM的耐磨系數很低，剛性很強；非常適合制造汽車用的汽車泵、汽化器部件、輸油管、動力閥、萬上節軸承、馬達齒輪、曲柄、把手、儀表板、汽車窗升降機裝置、電開關、安全帶扣等。
展開 鎂合金壓鑄件在汽車輕量化中能普及嗎
未來，輕量化、低成本的鎂合金底盤部件，如輪轂、發動機懸架以及控制臂等零部件的生產將依賴鎂合金鑄造工藝的大力提高，已經在鋁合金輪轂和底盤部件上開發的各種鑄造工藝經過改造后可以成功適用于鎂合金。此外，低成本、耐腐蝕圖層和新的具有抗疲勞和高沖擊強度的鎂合金開發也都將加速鎂合金在底盤上的應用。
動力總成
動力總成的大部分鑄造件如發動機缸體、汽缸蓋、傳動箱、油底殼等是由鋁合金制成。目前，北美生產的皮卡和SUV已經鎂合金變速器，大眾和奧迪的鎂合金手動變速器也在歐洲和中國大批量生產。
當前，通過對鎂強化的發動機原型進行的測功儀試驗已經取得了有效的進展，這就意味著未來在動力系統中會有更多鎂合金得到應用。
鎂合金在推廣應用中主要挑戰
耐腐蝕性差、成本和廢品率高是鎂合金普及“攔路虎”。
鎂合金制造汽車零部件確實存在壓鑄成本高、廢品率高、存在安全生產隱患等問題。中國汽車工業協會顧問杜芳慈說，鎂是一種很活潑的元素，耐腐蝕性很差，我國在鎂合金零部件抗腐蝕性方面的技術能力要差一些。另外鎂在加工過程中，容易發生燃燒和爆炸，存在安全生產問題。生產現場需要嚴格的管理來保證安全生產。
隨著城市化進程的加快，能源變得越來越短缺、環境污染越來越嚴重，節能減排成為關乎國計民生的重要事件。無論是傳統汽車，還是新興的新能源汽車都十分注重車身輕量化設計，以達到節能環保的目的。
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