中頻感應(yīng)爐—中頻感應(yīng)爐雙聯(lián)熔煉，而使用變頻感應(yīng)爐作為保溫爐的企業(yè)亦在不斷增加。為了節(jié)能和環(huán)保，部分企業(yè)的沖天爐采用水冷熱風(fēng)除塵方式，用具有高發(fā)熱值的鑄造焦取代冶金焦，以提高鐵液溫度，保證鐵液質(zhì)量，增強(qiáng)熔化效率。一汽鑄造公司的沖天爐熔化過程控制采用微機(jī)等集散式控制系統(tǒng)，沖天爐熔煉鐵液的檢測(cè)采用測(cè)溫儀、碳當(dāng)量檢測(cè)儀和化學(xué)成分直讀光譜儀等。
從掌握的汽車行業(yè)鑄造廠資料來看，哈爾濱東安機(jī)械廠、上汽通用和安徽奇瑞等許多車間的熔化設(shè)備多數(shù)以中頻爐為主。當(dāng)然，熔化設(shè)備的選擇主要考慮當(dāng)?shù)氐哪茉垂?yīng)狀況；但從熔煉質(zhì)量看，這些熔煉設(shè)備都能滿足供貨需求，與世界先進(jìn)水平基本接近。隨著工業(yè)廢鋼的生產(chǎn)量增加，國(guó)內(nèi)已經(jīng)采用以廢鋼增碳的熔化工藝來生產(chǎn)缸體等薄壁高強(qiáng)度合金鑄鐵件，這為提高鑄件質(zhì)量和穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的保證。一汽鑄造公司使用國(guó)產(chǎn)10 t中頻熔化爐，采用廢鋼增碳熔化技術(shù)生產(chǎn)高強(qiáng)度灰鑄鐵，鑄件各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際同類水平，抗拉強(qiáng)度達(dá)230-320 MPa，硬度達(dá)180-220 HB，內(nèi)腔清潔度要求小于3 000 mg。
    總之，國(guó)內(nèi)熔化設(shè)備的水平不斷提高，不論是沖天爐還是電爐，均已接近世界先進(jìn)水平。關(guān)鍵的電器控制元件引進(jìn)后，電爐產(chǎn)品的總體水平已滿足生產(chǎn)要求，熔化效率都有提高，但在運(yùn)行過程中仍會(huì)出現(xiàn)小問題，有待設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)一步降低設(shè)備故障率。
目前，大批量流水線生產(chǎn)的汽車鑄造行業(yè)采用大噸位中（變）頻爐熔化也是一種趨勢(shì)。如安徽蕪湖奇瑞60萬臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造及原一汽大宇發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司鑄鐵廠（現(xiàn)為上海通用煙臺(tái)動(dòng)力）熔煉爐和保溫爐全部采用美國(guó)應(yīng)達(dá)8 t容量的中頻爐和20 t容量的保溫爐。近10年來，隨著靜態(tài)變頻裝置的發(fā)展，其效率和安全性能不斷提高而投資呈逐年下降的趨勢(shì)，使得鑄造廠采用中頻感應(yīng)電爐來代替工頻感應(yīng)電爐熔煉鐵合金和非鐵合金變得越來越普遍。
    目前，國(guó)內(nèi)幾乎停止制造工頻坩堝式感應(yīng)電爐。另外，采用高功率密度的中頻感應(yīng)電爐的熔化時(shí)間較工頻爐大大縮短，常見配置見表2。
表2中（變）頻電源與電爐的配置方式
2.2造型工藝和設(shè)備
   缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)上最關(guān)鍵、最復(fù)雜的鑄件，其壁厚最薄處往往不到3 mm，缸體鑄件生產(chǎn)應(yīng)用最廣的仍然是濕型粘土砂，具有成型性能好、能耗低、噪音小、污染少、效率高、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)的靜壓造型線及氣沖造型線使用較為廣泛。近年來，國(guó)內(nèi)外造型線制造廠家對(duì)造型機(jī)的不斷改進(jìn)，先后已出現(xiàn)氣沖加壓實(shí)、氣流增益氣沖加壓實(shí)、靜壓加壓實(shí)、主動(dòng)多觸頭壓實(shí)、成型擠壓等加砂方式，砂型硬度更加均勻化，成為缸體鑄件生產(chǎn)首選的造型設(shè)備。另外，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件年產(chǎn)量萬臺(tái)左右的廠家，如濰柴四川柴油機(jī)廠和康明斯四川五糧液等大中型柴油機(jī)缸體鑄造企業(yè)，均采用pepset自硬砂工藝和三乙胺冷芯盒工藝，這也是節(jié)能低碳的最佳選擇。
國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、濟(jì)南鑄鍛所等早已研制靜壓造型線，蘇州鑄造機(jī)械廠和保定維爾的靜壓造型線以及無錫華佩線已有數(shù)條投入使用，但他們?cè)谡€性能和鑄型質(zhì)量一致性方面還顯得不足。因此，國(guó)內(nèi)汽車鑄件生產(chǎn)所用造型線多以進(jìn)口為主，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所捷邁鑄造工程公司為揚(yáng)動(dòng)股份有限公司提供了一條砂箱尺寸為1 000 mm×750 mm×320 mm的靜壓造型線，該線主機(jī)選用德國(guó)HWS公司的靜壓造型機(jī)，輔機(jī)由國(guó)內(nèi)提供，是國(guó)內(nèi)單主機(jī)布線生產(chǎn)率最高的造型線，代表了當(dāng)今世界的最高造型技術(shù)水平。
    氣沖造型問世幾十年，其技術(shù)發(fā)展也在不斷提高和進(jìn)步，與其它現(xiàn)代化濕型砂造型方法一樣，都是追求提高砂型緊實(shí)的均勻性，從而保證砂型表面光潔，尺寸精確，內(nèi)部致密。為保證這一點(diǎn)，國(guó)外近幾年又有了新發(fā)展，見表3。
表3國(guó)外造型線發(fā)展趨勢(shì)
2.3制芯工藝和設(shè)備
    目前，國(guó)內(nèi)汽車鑄造廠缸體生產(chǎn)所用砂芯如水套砂芯、曲軸箱砂芯、缸筒與頂端砂芯、前后端面砂芯等依各廠條件不同，分別采用冷芯盒制芯、熱芯盒制芯或覆膜殼芯制芯。冷芯盒工藝因其芯砂流動(dòng)性、潰散性、生產(chǎn)率、節(jié)能和砂芯精度優(yōu)于其它制芯工藝，在國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。從今后趨勢(shì)看，其應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。
另外，采用鎖芯工藝，利用砂芯上開設(shè)的工藝孔，二次填砂固化，使多個(gè)砂芯組合為一個(gè)整體組合砂芯，然后整體涂料、烘干，這樣鑄件尺寸精度可大大提高，總體尺寸誤差不超過0.3 mm。多數(shù)廠家采用計(jì)算機(jī)控制的“制芯中心”使全部制芯過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
制芯等設(shè)備主要有德國(guó)蘭佩冷芯制芯機(jī)、西班牙洛拉門迪制芯中心、日本浪速等，國(guó)產(chǎn)熱芯設(shè)備有單工位、兩工位、四工位等，殼芯設(shè)備有K763/874殼芯機(jī)等，可滿足復(fù)雜、薄壁、高精度鑄件對(duì)砂芯質(zhì)量的要求。
2.4砂處理工藝和設(shè)備
2.4.1粘土濕型砂處理
    砂處理工藝對(duì)鑄件產(chǎn)量和質(zhì)量至關(guān)重要。在大批量流水線生產(chǎn)條件下，型砂周期循環(huán)使用，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)都非常重視反復(fù)使用過程中型砂性能的變化規(guī)律，力求選擇好的砂處理工藝流程，并采用逐級(jí)多點(diǎn)檢測(cè)和自動(dòng)控制。隨著高壓、氣沖及靜壓造型工藝對(duì)型砂要求嚴(yán)格性的不斷提高，相當(dāng)多廠家進(jìn)口了大容量高速混砂設(shè)備，如一汽二鑄廠采用2套200t/h砂處理單元，分別都配有美國(guó)國(guó)家工程公司辛普森22G高效混砂機(jī)和連續(xù)雙盤冷卻器，整個(gè)系統(tǒng)配有各種檢測(cè)儀器，通過中央控制室模擬控制；哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)公司和天津內(nèi)燃機(jī)廠等引進(jìn)日本新東公司SSD型砂處理系統(tǒng)，回砂采用測(cè)溫加水（MIA）和測(cè)濕加水（MIC）裝置以及型砂成型性控制儀，配以先進(jìn)的檢測(cè)系統(tǒng)，通過自動(dòng)化監(jiān)控向靜壓造型線提供合格的型砂；上海通用、煙臺(tái)動(dòng)力、安徽奇瑞等公司采用塔式結(jié)構(gòu)的砂處理單元，使用國(guó)外公司的高效混砂機(jī)，舊砂冷卻系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并將舊砂破碎、磁選、篩分、增濕冷卻、輔料定量、混砂等工藝布置在24 m×24 m×25 m左右的空間內(nèi)，這也是目前國(guó)外較先進(jìn)的布置形式。
    常州法迪爾克公司開發(fā)的MXC 30~120 t/h系列變頻式冷卻混砂機(jī)實(shí)現(xiàn)了混砂機(jī)創(chuàng)新性的突破，在沈陽華晨、常柴股份等20余家發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造廠得到推廣。其砂處理系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，減少了設(shè)備、廠房的基礎(chǔ)投入；采用調(diào)速變頻，降低能耗，型砂混制更均勻；充分發(fā)揮膨潤(rùn)土的效率，降低加入量，有效控制型砂溫度。表4為部分鑄造公司選用的砂處理設(shè)備參數(shù)。
表4部分鑄造公司選用的砂處理設(shè)備參數(shù)

2.4.2粘土濕型砂舊砂（混合型舊砂）熱法再生處理線
    國(guó)內(nèi)一些汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造廠由于使用砂芯數(shù)量較多，落砂時(shí)有大量潰散砂芯（這些砂芯幾乎都是樹脂砂芯）流入到舊砂中，使舊砂量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過砂系統(tǒng)的容納量，迫使必須拋棄大量的舊砂以保持砂處理系統(tǒng)平衡，在所拋棄的舊砂中，不僅有芯頭、清理的廢砂以及除塵細(xì)粉，還有許多落砂時(shí)不易破碎的型砂塊，形成混合型舊砂。如果把這種混合型舊砂作為廢砂（廢棄物）拋棄，不僅造成了資源浪費(fèi)，而且廢棄舊砂堆放既占場(chǎng)地，又污染環(huán)境，還需大量的運(yùn)輸費(fèi)用。為減少這類混合型舊砂的產(chǎn)生，有的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造廠采用熱法再生：如哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)公司引進(jìn)意大利的熱法再生設(shè)備已在生產(chǎn)中應(yīng)用；一汽鑄造公司引進(jìn)日本熱法再生和機(jī)械再生結(jié)合技術(shù)，處理芯砂和型、芯砂混合砂已在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。粘土濕型舊砂再生技術(shù)的應(yīng)用近年來有了突破，實(shí)踐證明濕型粘土舊砂經(jīng)熱法再生后的LOI值、熱膨脹率、發(fā)氣量、角形系數(shù)及灰分含量等指標(biāo)都優(yōu)于新砂。但就目前國(guó)內(nèi)鑄造行業(yè)現(xiàn)狀而言，粘土濕型砂熱法再生技術(shù)的推廣仍不如預(yù)期的那么廣泛，僅有宜賓五糧液康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造廠以及東風(fēng)、一拖等大型鑄造廠、長(zhǎng)三角地區(qū)的吳江、昆山等地建有熱法焙燒爐用于舊砂再生。
    最近國(guó)外流行一種集鑄造與熱處理于一體，即落砂、再生和熱處理三合一的工藝，國(guó)內(nèi)已陸續(xù)有一些采用自硬砂工藝生產(chǎn)鋁缸體的鑄造廠在落砂清理工序中推廣這種工藝。在焙燒爐中，砂型和砂芯的樹脂粘結(jié)劑所含有的許多能量在與爐中高溫及富氧氣氛接觸燃燒后會(huì)被釋放，而伴隨著粘結(jié)劑的燃燒，砂型和砂芯中的型砂就會(huì)散落下來。爐頂安裝的軸流風(fēng)扇產(chǎn)生的高速氣流向下吹向缸體鑄件，將散落的型砂帶向爐底。高速氣流流過不規(guī)則形狀的缸體鑄件會(huì)產(chǎn)生壓差，這種壓差引起鑄件內(nèi)部和外部的氣流擾動(dòng)，從而將松動(dòng)的型砂帶走。與此同時(shí)，高速風(fēng)扇也使?fàn)t內(nèi)氣流分布達(dá)到最佳狀態(tài)，從而使?fàn)t內(nèi)溫差保持在很小的范圍內(nèi)。鑄件從清潔鑄造三合一系統(tǒng)出來后，在完成了固溶熱處理的同時(shí)，型砂和芯砂都已去除干凈。型（芯）砂在漏斗形爐底上被收集在一起。爐底裝有流態(tài)床，用于對(duì)型（芯）砂進(jìn)行最后清理。粘結(jié)劑殘留的微粒被分離并被排放。型（芯）砂在爐內(nèi)被完全再生，經(jīng)過氣力輸送到造型、制芯工部。爐內(nèi)廢氣集中排放，通過旋風(fēng)分離器、灼燒器、換熱器，最后經(jīng)過袋式過濾除塵器，清潔后的氣體才被排放到大氣。
    總之，新建鑄造工廠必須考慮舊砂再生處理；對(duì)已建成投產(chǎn)的鑄造工廠，可增加舊砂再生，或?qū)⑴f砂集中到就近專業(yè)處理工廠再生后使用。這已經(jīng)是一種發(fā)展趨勢(shì)，是國(guó)家節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的需要。
2.5清理工藝和設(shè)備
    目前，缸體鑄件經(jīng)去除澆冒口后，在清理線上打磨外表面，然后進(jìn)入鼠籠式拋丸室清理，已是一種常規(guī)工藝。生產(chǎn)多品種缸體時(shí)，部分廠家采用夾持式高效拋丸清理機(jī)進(jìn)行拋丸。普遍采用各種自動(dòng)化和機(jī)械化專用清理線和高效缸體鼠籠拋丸機(jī)以及機(jī)械手對(duì)缸體進(jìn)行整體清理，然后用手工對(duì)缸體逐個(gè)精整及吹凈水套內(nèi)腔殘留物。經(jīng)尺寸檢查，氣密性試驗(yàn)，銑加工定位點(diǎn)及終檢后，進(jìn)行涂漆或其它防銹處理，成為合格缸體鑄件。以鋼丸代替鐵丸進(jìn)行拋丸清理，采用機(jī)器人分揀缸體鑄件，采用澆冒口去除機(jī)去除澆冒口以及采用X射線和超聲波探傷儀檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷等方法已為越來越多的廠家采用。
天津豐田等鑄造廠都對(duì)金屬爐料進(jìn)行拋丸、破碎、凈化和稱量，以提高熔化效率和鐵液質(zhì)量。表5為國(guó)內(nèi)現(xiàn)有拋丸清理設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)。

2.6檢測(cè)技術(shù)和裝備
    國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件的廠家都擁有先進(jìn)的檢測(cè)儀器和嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系。一般都采用先進(jìn)的直讀光譜儀和紅外碳硫儀進(jìn)行成分檢測(cè)與控制，利用先進(jìn)的電子金相顯微鏡進(jìn)行精確的金相組織分析，先進(jìn)的電子拉力試驗(yàn)機(jī)可以進(jìn)行各種金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲等試驗(yàn)，采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)缸體鑄件、模具、芯盒進(jìn)行自動(dòng)精確測(cè)量，檢測(cè)水平一直在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中領(lǐng)先 2.7壓鑄工藝和設(shè)備
2.7.1鋁合金壓鑄件
    隨著人們對(duì)環(huán)保、輕量化的要求日益提高，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體逐漸轉(zhuǎn)向采用壓鑄生產(chǎn)。
目前，發(fā)展迅速的有廣州東風(fēng)本田發(fā)動(dòng)機(jī)公司、重慶長(zhǎng)安汽車集團(tuán)、長(zhǎng)安鈴木汽車公司、上海乾通汽車附件公司（3 550 t/年）、喬治費(fèi)歇爾（蘇州）有限公司以及哈爾濱東安動(dòng)力公司等；此外，長(zhǎng)春一汽集團(tuán)（2 700 t/年）、重慶渝江壓鑄集團(tuán)、宜興江旭鑄造公司（3 200 t/年）、廣東鴻圖科技公司（3 000 t/年）、寧波合力模具科技公司、徐航壓鑄有限公司、重慶渝美合資公司、重慶藍(lán)黛實(shí)業(yè)公司以及高要鴻泰精密壓鑄有限公司等均引進(jìn)大型壓鑄機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等鋁合金壓鑄件。由傳統(tǒng)鑄造方法轉(zhuǎn)向壓鑄法生產(chǎn)鋁合金汽車缸體已經(jīng)成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，僅2008一個(gè)年度，國(guó)內(nèi)不同廠家從布勒公司引入了7條2 700 t級(jí)別的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)線。由此可見，我國(guó)汽車缸體壓鑄生產(chǎn)規(guī)模在逐步擴(kuò)大，生產(chǎn)水平也在不斷提高，預(yù)計(jì)在今后鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的比例將達(dá)到60%~75%。
    鋁合金缸體壓鑄工藝如下：熔化采用快速集中熔煉爐，熔化能力一般為1 500~2 000 kg/h，以潔凈能源天然氣作燃料，控溫精度±5℃，爐襯壽命長(zhǎng)。大型壓鑄機(jī)選用鋁合金定量保溫爐，可以在壓鑄過程中縮短定量循環(huán)時(shí)間，降低能耗、減少廢品率，從而降低成本。壓鑄機(jī)采用壓鑄島單元式布置，每臺(tái)壓鑄機(jī)需要完成鋁液精煉、澆注、壓鑄、取件、冷卻、切邊、銑澆口、初打磨、檢驗(yàn)（在線檢測(cè)）和裝筐等工序，然后進(jìn)行時(shí)效、拋丸、精打磨等后續(xù)工序，最后入庫。
    大型壓鑄機(jī)單元采用取件機(jī)械手和噴涂機(jī)械手。全自動(dòng)壓鑄機(jī)采用計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)壓鑄過程檢測(cè)、存儲(chǔ)、計(jì)算和記錄；強(qiáng)化和提高質(zhì)量控制手段和檢測(cè)水平，采用專用真空直讀光譜儀對(duì)鋁合金成分進(jìn)行快速分析，采用進(jìn)口儀器對(duì)鋁液的含氫量、非金屬夾雜物、熔渣和鋁密度進(jìn)行檢測(cè)。
    隨著壓鑄工業(yè)中一些高新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，如兩模板壓鑄機(jī)的應(yīng)用；采用鋁合金390的整套壓鑄技術(shù)壓鑄出全鋁氣缸體，摒棄了原來鋁合金壓鑄氣缸體中缸筒內(nèi)鑄入鑄鐵套的方法。近年來，鋁合金壓鑄的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)殼體已經(jīng)問世，這是壓鑄件進(jìn)入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的前奏。另外，壓鑄充型過程理論水平將逐步提高，生產(chǎn)技術(shù)也將不斷改進(jìn)；壓鑄工藝參數(shù)的檢測(cè)技術(shù)將不斷普及和提高；壓鑄生產(chǎn)過程中自動(dòng)化程度逐步完善，并日益普及；電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛和深入；大型壓鑄件的工藝技術(shù)逐步成熟。此外，已研究出各種消除氣孔缺陷的工藝方法，如真空壓鑄、ACRAD壓鑄（精速密Accurate Rapid Dense）、充氧壓鑄、勻加速的慢壓射技術(shù)、局部加壓技術(shù)等；更有擠壓鑄造和半固態(tài)成型（含流變成型與觸變成型）等技術(shù)。所有這些，無疑給壓鑄法注入了新的活力，進(jìn)而使生產(chǎn)具有高強(qiáng)度、高致密度、可熱處理、可焊接等特性的壓鑄零件成為可能。
2.7.2鎂合金壓鑄件
    發(fā)動(dòng)機(jī)缸體采用鎂合金壓鑄件以實(shí)現(xiàn)汽車輕量化也呈不斷擴(kuò)大勢(shì)態(tài)，2010年全國(guó)汽車達(dá)到1 806萬輛時(shí)鎂合金使用量為6.13萬t（僅限于汽車變速箱殼體、制動(dòng)殼體和方向盤等），這標(biāo)志著中國(guó)鎂合金壓鑄工藝技術(shù)正在向國(guó)際水平推進(jìn)。目前，鎂合金的應(yīng)用已引起我國(guó)科研部門的高度重視，早在國(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃中，鎂合金項(xiàng)目已被列為重大專項(xiàng)。國(guó)內(nèi)部分企業(yè)，如吉利在2007年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了汽車減重10%~14%的初期目標(biāo)。其輕量化目標(biāo)是在發(fā)動(dòng)機(jī)上全面實(shí)施鋁鎂合金化。
喬治費(fèi)歇爾（蘇州）在供應(yīng)奇瑞和長(zhǎng)城等鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體基礎(chǔ)上，正在考慮鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體壓鑄項(xiàng)目投產(chǎn)。
     汽車鎂合金壓鑄件“入門”要求很高，必須取得一系列的質(zhì)量體系認(rèn)證以及生產(chǎn)環(huán)境認(rèn)證，通常包括：ISO9002、QS9000、TS16949等質(zhì)量體系認(rèn)證。大型鎂合金壓鑄件生產(chǎn)具有一定的技術(shù)難度，這也是需要投入大量人力財(cái)力的。由于以上多種因素，向鎂合金壓鑄領(lǐng)域投資應(yīng)持積極審慎態(tài)度，并采取正確的投資策略。
2.8發(fā)動(dòng)機(jī)缸體凝固模擬軟件的應(yīng)用
    目前，國(guó)內(nèi)部分汽車鑄造廠家采用凝固模擬軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造過程進(jìn)行仿真模擬，使整個(gè)鑄造過程清晰明了地表現(xiàn)出來，以提高鑄件的質(zhì)量及降低成本。
例如，亞新科國(guó)際鑄造（山西）有限公司的缸體、缸蓋鑄件在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)在縮松、滲漏缺陷，如TC6112缸體的滲漏比率高達(dá)30%~50%，造成巨大損失。通過使用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的模擬凝固軟件對(duì)產(chǎn)品的澆注狀況進(jìn)行分析；通過UG建立各種設(shè)計(jì)方案的三維模型，再利用Patran建立它們的有限元模型，然后對(duì)各種方案充型過程和凝固過程進(jìn)行數(shù)值模擬。主要模擬了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體充型過程的速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)、凝固過程的溫度場(chǎng)，以及對(duì)可能產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)。完成模擬后，對(duì)各種澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的充型、凝固過程及縮孔、縮松等缺陷的預(yù)測(cè)進(jìn)行了對(duì)比分析，從模擬結(jié)果中得出最佳的工藝方案。目前ProCAST、Anycasting、CAStsoft CAD/CAE、ABAQUS、華鑄CAE鑄造模擬凝固軟件、INTECAST凝固模擬軟件、FT Star凝固模擬軟件和SRIFCast充型凝固模擬軟件等相繼開發(fā)，模擬軟件在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造方面的開發(fā)應(yīng)用呈不斷擴(kuò)大趨勢(shì)。
2.9快速成形制造技術(shù)的應(yīng)用
    快速成形制造技術(shù)又稱為快速原型制造技術(shù)，它包括立體光刻技術(shù)、分層實(shí)體制造技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)、熔融沉積技術(shù)、三維印刷技術(shù)、熱塑性材料選擇性噴灑和無模型樹脂砂型快速制造工藝等成型方法，集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。
與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其它方法將材料堆積而形成實(shí)體零件，所以又稱為材料添加制造法。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下幾乎能夠生成任意復(fù)雜形狀的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動(dòng)成型已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段，是目前適合我國(guó)國(guó)情的實(shí)現(xiàn)金屬零件的單件或小批量敏捷制造的有效方法，尤其在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件等領(lǐng)域已得到了應(yīng)用。
    例如，選區(qū)激光燒結(jié)與鑄造技術(shù)結(jié)合，可有效地應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)階段中樣機(jī)的快速制造，保證產(chǎn)品開發(fā)速度，提高產(chǎn)品的開發(fā)質(zhì)量，大大降低開發(fā)成本，推動(dòng)產(chǎn)品早日進(jìn)入市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出V8發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體熔模，利用選區(qū)激光燒結(jié)成型技術(shù)直接制作蠟?zāi)＃瑹o需開模具，因而大大節(jié)省了制造周期和費(fèi)用，其成型時(shí)間為42 h，鑄造周期20天。如果按傳統(tǒng)制作方法開模具制造，至少需要6個(gè)月的時(shí)間，費(fèi)用上百萬。此項(xiàng)技術(shù)為客戶節(jié)省大量的時(shí)間和開發(fā)成本。
     汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓鑄模的制造往往采用機(jī)加工的方法完成，此過程不僅周期長(zhǎng)、耗資大，而且從模具設(shè)計(jì)到加工制造是一個(gè)多環(huán)節(jié)的復(fù)雜過程，其模具的制造過程極其復(fù)雜，開發(fā)周期長(zhǎng)，研發(fā)成本大。不能適用于當(dāng)前迅速響應(yīng)市場(chǎng)的需求，而快速成型技術(shù)恰好滿足了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)快速制造的要求。采用該技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造相結(jié)合的方法能夠非常迅速地實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的過程，減少中間環(huán)節(jié)，加快產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度，節(jié)省開發(fā)成本。例如用激光燒結(jié)的方法制作砂型，首先要根據(jù)零件的三維CAD模型設(shè)計(jì)出組合砂型模型。為了與以后的批量生產(chǎn)工藝靠近，砂型模型應(yīng)盡量與通過模具制作的砂型模型保持一致，將砂型模型的各部分經(jīng)過軟件的分層處理轉(zhuǎn)換為快速成型設(shè)備的加工文件，就可以進(jìn)行激光燒結(jié)成型了。如北京某技術(shù)中心開發(fā)的快速成型用的樹脂砂與通常使用的熱固化樹脂砂極為相似，只不過對(duì)粒徑分布和形態(tài)，樹脂成分及表面處理等方面有更嚴(yán)格的指標(biāo)。成型時(shí)的層厚一般為0.2 mm，精度可控制在±0.25 mm以內(nèi)。由于激光掃描的速度很快，樹脂在成型時(shí)不能達(dá)到完全固化。成型后將未燒結(jié)的浮砂清除后，砂型一般要放到加熱箱中進(jìn)行二次固化。經(jīng)二次固化后的砂型可達(dá)到與射芯機(jī)制得的砂型相同的性能。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的部件大多采用砂型鑄造，因此快速砂型鑄造已成為發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)試制的最常用和最有效的方法。山東省汽車零部件快速設(shè)計(jì)制造工程技術(shù)研究中心為某汽車廠采用快速鑄造方法生產(chǎn)的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的蠟?zāi)＜拌T件，按傳統(tǒng)金屬鑄件方法制造，模具制造周期約需半年，費(fèi)用幾十萬。用快速鑄造方法，快速成型鑄造熔模3天，鑄造10天，使整個(gè)試制任務(wù)比原計(jì)劃提前了5個(gè)月。國(guó)內(nèi)華中科技大學(xué)已經(jīng)研制出了世界最大成型空間為1 200 mm×1 200 mm的基于粉末床的激光燒結(jié)技術(shù)快速成型裝備。據(jù)悉，已有200多家國(guó)內(nèi)外用戶購買和使用這項(xiàng)技術(shù)及裝備，為我國(guó)關(guān)鍵行業(yè)核心產(chǎn)品的快速自主開發(fā)提供了有力手段。我國(guó)一些鑄造企業(yè)應(yīng)用該技術(shù)后，將復(fù)雜鑄件的交貨期由傳統(tǒng)的3個(gè)月左右縮短到10天左右。我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商將大型六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋砂芯研制周期由傳統(tǒng)方法的5個(gè)月左右縮短至一周左右。
3結(jié)束語
    隨著清潔化、節(jié)能化、輕量化以及智能化理念的不斷拓展及不斷成為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造行業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)，低碳排放、節(jié)能低污染、可再生循環(huán)利用及可持續(xù)發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體綠色鑄造工藝和技術(shù)裝備將呈現(xiàn)在世人面前。