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摘要：发动机缸盖由于存在着特定性，成品要保证冷却通道与燃油通道的气密性，并且对于发动机盖的铸造是否符合标准，直接影响着发动机的功率参数，所以对铸造的技术方法就有严格的要求，本文對某发动机盖快速砂型铸造工艺进行了概括，并且制定了铸造的方案及模具设计，最后应用ProCAST软件来实现对铸造中存在的缺陷的预测，最终，通过实际可以证明快速砂型铸造工艺可以很好的完成发动机缸盖的铸造工作，并且周期短、精度质量高。
关键词：发动机盖；快速砂型铸造；模具设计
引言
我国的经济实力稳定的增长，人民的生活水平逐步提升，在交通工具的选择上也多为购买汽车，因需求的大量、不断的增加，无形中促进了我国汽车行业的高速发展。而良好的发展必须有一个坚实的实力基础，汽车的制造水平就是其中的关键。
一、汽车制造行业技术能力及发动机缸盖的研究
汽车产业随着经济的快速发展，已经成为了国民经济的支柱型产业，但是相比较世界高水平汽车产商来说。我国整体的汽车产业的生产能力和水平还存在着很多的问题，其中有产业结构问题也有技术能力及行业经验的问题，特别是在自主研发上，我国的汽车制造也缺乏创新力，自主能力较弱。很多时候就由于技术上的缺陷导致了发展能力的不足。
要想在世界的汽车领域上占领一席之地，具有明显的竞争力，就要在汽车零件的制造上下功夫，对于汽车部件的加工进行学习与研究。只有这样才能使汽车企业的技术提升。发动机盖作为汽车的构成之一，在很多时候对发动机起着关键的作用，汽车发动机缸盖制作工艺的高低直接影响着发动机的稳定性和实用性，因此良好的发动机缸盖的铸造工艺能够保障汽车发动机发挥出最大的性能。
在汽车的加工中，发动机是汽车行驶的心脏，而发动机盖就是保护心脏不受损，保证其有效发挥的保护罩，对发动机盖的设计与研究可以保障发动机稳定的发挥出最优异的性能。
发动机缸盖的内部和外部的结构较为复杂，几何形状不规则，多为凹面与曲面，在设计和铸造上存在着一定的难点，特别是对于内部的孤立热节多，所以在铸造工艺上就要求了更高的精度。这就使得整体的缸盖设计复杂的多，传统的发动机缸盖的铸造模式的铸造时间长、成本高、并且质量和精度得不到保障。并且如果在设计和加工阶段不小心出现技术上的失误，很容易造成关键部位模具的报废，风险大、稳定性不高。
光固化（SLA）快速原型技术与传统的砂型铸造技术相结合形成基于SLA原型的快速砂型铸造技术，通常利用SLA原型制作模样和芯盒，经过SLA原型模具的组合及装配、砂型制作等传统砂型铸造工艺制作铸件，该技术具有成本低、制造周期短的特点，适用于汽车行业的新产品开发。现着重介绍某发动机缸盖的快速铸造工艺及模具设计，最后采用ProCAST软件进行铸造工艺分析，实现新产品的开发。
二、快速砂型铸造工艺设计
利用基于SLA原型的快速砂型铸造技术实现缸盖的快速铸造流程为：建立铸件的三维模型——完成铸型CAD模型及铸造工艺设计——利用铸造模拟软件对设计的铸造工艺进行分析验证——采用光固化原型机制作SLA模样——利用光固化原型设备制作SLA模样和芯盒斗组合和装配SLA原型模具——制作砂型和铸件浇铸。
其中铸型CAD模型的建立可利用铸造工艺CAD系统实现，完成包括铸造工艺参数设计、浇注系统设计、补缩系统设计等铸造工艺设计内容。造型材料可采用以硅砂为主体的酚醛尿烷树脂自硬砂，具有易紧实、强度高、精度高和溃散性好等特点。
1.缸盖三维模型及铸件特点
建立发动机缸盖的三维模型，缸盖材料为ZLl05铝合金。铸造中必须保证空腔（如其进气口与排气口）之问的尺寸和位置精度，因此要求具有精确的砂芯设计与砂芯定位。
2.铸造工艺流程及关键点
铸造工艺设计主要包括砂芯设计与铸件分型、浇注系统设计、冒口设计、排气系统设计以及铸造工艺参数（加工余量、拔模斜度、线收缩率和最小铸出孔等）设计等。铸件分型需遵循的原则：保证砂芯能够顺利制作和取出；尽可能减少分型面数目，以保证产品的结构和尺寸精度；尽量采用平面分型，以减小曲线分型面变形误差。
根据发动机缸盖结构，可以将砂芯分为：下左油道砂芯、下右油道砂芯、水道砂芯、上油道砂芯、进气道砂芯和排气道砂芯。各个砂芯形状不一，强度要求高，均采用壳芯制芯工艺。砂芯表面浸涂水醇基涂料，防止充型过程中产生夹砂等缺陷，各砂芯细长处均采用芯骨做支撑结构，保证其强度。铸件成型可采用单侧顶注、对称顶注和单侧底浇筑三种形式进行。
经研究采用单侧底注式浇注，金属液从底部进入，避免了金属液对砂型的直接冲击，其液面上升也相对平缓。由于铸造材料为铝合金ZLl05，可采用开放式浇注系统，阻流截面在直浇道。
浇注开始后，充型平缓，对型腔侧壁冲刷力小。采用截面比设计法计算出横浇道截面面积和直浇道截面面积。根据经验，设置预定的截面比。采用扁平内浇道，通过分散和增加内浇道数目等途径调节温差和凝固顺序，防止金属液吸渣。横浇道截面形状选用梯形截面，可以减小热量损失。
采用模数法设计补缩系统，根据Chvorinov公式计算铸件凝固时间和冒口的凝固时间。根据补缩条件以及铸件补缩的结构特征，选择标准腰形顶部明冒口，位于上箱，根据补缩的位置形状、体积等预设置2种冒口。
加工余量、拔模斜度、线收缩率和最小铸出孔等铸造工艺参数依据《铸造工艺手册》中的相关理论和标准确定。其中拔模斜度和线收缩率依据光固化成型的特点重新确定，与传统的木模、金属模相比，SLA树脂模样易变形、脆性大、易断裂，故拔模斜度适当加大。制各SLA模样采用的光敏树脂固化过程中存在收缩，因此铸件线收缩率也需适当加大。
完成模具设计后，配制制造型材料（所用造型材料为酚醛尿烷树脂自硬砂，配方为：原砂（硅砂）、苯基醚酚醛树脂和聚异氢酸酯，苯基醚酚醛树脂的质量分数占原砂的0.8%--1%，苯基醚酚醛树脂和聚异氢酸酯质量比为1：1），以分块成型的SLA原型为模样完成手工造型，进行铸件浇注。
3.ProCAST模拟分析及生产验证
运用ProCAST软件对铸型进行模拟仿真，通过ProCAST对铸型进行网格划分、参数设置及分析计算，在Viewcast模块中查看充型和凝固过程，分析铸造缺陷，判断整个铸造工艺设计的合理性。然后观察充型条件下形成的缩孔、缩松的位置
和孔隙度大小值。深色区域是存在缩孔、缩松的区域，颜色对应色标本可查出相应缩孔体积分数值。
结语：
通过对模具的测量我们可以发现，发动机缸盖的铸造工艺及模具设计合理，铸件内部只存在均匀分散的缩孔、缩松，且孔隙度总体上<10%，铸件成型质量良好。事实证明快速砂型铸造具有生产周期短，铸件精度高等优点，适用于新产品的快速制造。
参考文献：
[1]白朝中.基于数值模拟的发动机缸盖快速砂型铸造工艺研究[D].西南科技大学，2015；
[2]姚方方，于秀涛.快速砂型铸造发动机缸盖工艺设计与优化[J].特种铸造及有色合金，2017，37（1）：34-37.
关键词：发动机盖；快速砂型铸造；模具设计
引言
我国的经济实力稳定的增长，人民的生活水平逐步提升，在交通工具的选择上也多为购买汽车，因需求的大量、不断的增加，无形中促进了我国汽车行业的高速发展。而良好的发展必须有一个坚实的实力基础，汽车的制造水平就是其中的关键。
一、汽车制造行业技术能力及发动机缸盖的研究
汽车产业随着经济的快速发展，已经成为了国民经济的支柱型产业，但是相比较世界高水平汽车产商来说。我国整体的汽车产业的生产能力和水平还存在着很多的问题，其中有产业结构问题也有技术能力及行业经验的问题，特别是在自主研发上，我国的汽车制造也缺乏创新力，自主能力较弱。很多时候就由于技术上的缺陷导致了发展能力的不足。
要想在世界的汽车领域上占领一席之地，具有明显的竞争力，就要在汽车零件的制造上下功夫，对于汽车部件的加工进行学习与研究。只有这样才能使汽车企业的技术提升。发动机盖作为汽车的构成之一，在很多时候对发动机起着关键的作用，汽车发动机缸盖制作工艺的高低直接影响着发动机的稳定性和实用性，因此良好的发动机缸盖的铸造工艺能够保障汽车发动机发挥出最大的性能。
在汽车的加工中，发动机是汽车行驶的心脏，而发动机盖就是保护心脏不受损，保证其有效发挥的保护罩，对发动机盖的设计与研究可以保障发动机稳定的发挥出最优异的性能。
发动机缸盖的内部和外部的结构较为复杂，几何形状不规则，多为凹面与曲面，在设计和铸造上存在着一定的难点，特别是对于内部的孤立热节多，所以在铸造工艺上就要求了更高的精度。这就使得整体的缸盖设计复杂的多，传统的发动机缸盖的铸造模式的铸造时间长、成本高、并且质量和精度得不到保障。并且如果在设计和加工阶段不小心出现技术上的失误，很容易造成关键部位模具的报废，风险大、稳定性不高。
光固化（SLA）快速原型技术与传统的砂型铸造技术相结合形成基于SLA原型的快速砂型铸造技术，通常利用SLA原型制作模样和芯盒，经过SLA原型模具的组合及装配、砂型制作等传统砂型铸造工艺制作铸件，该技术具有成本低、制造周期短的特点，适用于汽车行业的新产品开发。现着重介绍某发动机缸盖的快速铸造工艺及模具设计，最后采用ProCAST软件进行铸造工艺分析，实现新产品的开发。
二、快速砂型铸造工艺设计
利用基于SLA原型的快速砂型铸造技术实现缸盖的快速铸造流程为：建立铸件的三维模型——完成铸型CAD模型及铸造工艺设计——利用铸造模拟软件对设计的铸造工艺进行分析验证——采用光固化原型机制作SLA模样——利用光固化原型设备制作SLA模样和芯盒斗组合和装配SLA原型模具——制作砂型和铸件浇铸。
其中铸型CAD模型的建立可利用铸造工艺CAD系统实现，完成包括铸造工艺参数设计、浇注系统设计、补缩系统设计等铸造工艺设计内容。造型材料可采用以硅砂为主体的酚醛尿烷树脂自硬砂，具有易紧实、强度高、精度高和溃散性好等特点。
1.缸盖三维模型及铸件特点
建立发动机缸盖的三维模型，缸盖材料为ZLl05铝合金。铸造中必须保证空腔（如其进气口与排气口）之问的尺寸和位置精度，因此要求具有精确的砂芯设计与砂芯定位。
2.铸造工艺流程及关键点
铸造工艺设计主要包括砂芯设计与铸件分型、浇注系统设计、冒口设计、排气系统设计以及铸造工艺参数（加工余量、拔模斜度、线收缩率和最小铸出孔等）设计等。铸件分型需遵循的原则：保证砂芯能够顺利制作和取出；尽可能减少分型面数目，以保证产品的结构和尺寸精度；尽量采用平面分型，以减小曲线分型面变形误差。
根据发动机缸盖结构，可以将砂芯分为：下左油道砂芯、下右油道砂芯、水道砂芯、上油道砂芯、进气道砂芯和排气道砂芯。各个砂芯形状不一，强度要求高，均采用壳芯制芯工艺。砂芯表面浸涂水醇基涂料，防止充型过程中产生夹砂等缺陷，各砂芯细长处均采用芯骨做支撑结构，保证其强度。铸件成型可采用单侧顶注、对称顶注和单侧底浇筑三种形式进行。
经研究采用单侧底注式浇注，金属液从底部进入，避免了金属液对砂型的直接冲击，其液面上升也相对平缓。由于铸造材料为铝合金ZLl05，可采用开放式浇注系统，阻流截面在直浇道。
浇注开始后，充型平缓，对型腔侧壁冲刷力小。采用截面比设计法计算出横浇道截面面积和直浇道截面面积。根据经验，设置预定的截面比。采用扁平内浇道，通过分散和增加内浇道数目等途径调节温差和凝固顺序，防止金属液吸渣。横浇道截面形状选用梯形截面，可以减小热量损失。
采用模数法设计补缩系统，根据Chvorinov公式计算铸件凝固时间和冒口的凝固时间。根据补缩条件以及铸件补缩的结构特征，选择标准腰形顶部明冒口，位于上箱，根据补缩的位置形状、体积等预设置2种冒口。
加工余量、拔模斜度、线收缩率和最小铸出孔等铸造工艺参数依据《铸造工艺手册》中的相关理论和标准确定。其中拔模斜度和线收缩率依据光固化成型的特点重新确定，与传统的木模、金属模相比，SLA树脂模样易变形、脆性大、易断裂，故拔模斜度适当加大。制各SLA模样采用的光敏树脂固化过程中存在收缩，因此铸件线收缩率也需适当加大。
完成模具设计后，配制制造型材料（所用造型材料为酚醛尿烷树脂自硬砂，配方为：原砂（硅砂）、苯基醚酚醛树脂和聚异氢酸酯，苯基醚酚醛树脂的质量分数占原砂的0.8%--1%，苯基醚酚醛树脂和聚异氢酸酯质量比为1：1），以分块成型的SLA原型为模样完成手工造型，进行铸件浇注。
3.ProCAST模拟分析及生产验证
运用ProCAST软件对铸型进行模拟仿真，通过ProCAST对铸型进行网格划分、参数设置及分析计算，在Viewcast模块中查看充型和凝固过程，分析铸造缺陷，判断整个铸造工艺设计的合理性。然后观察充型条件下形成的缩孔、缩松的位置
和孔隙度大小值。深色区域是存在缩孔、缩松的区域，颜色对应色标本可查出相应缩孔体积分数值。
结语：
通过对模具的测量我们可以发现，发动机缸盖的铸造工艺及模具设计合理，铸件内部只存在均匀分散的缩孔、缩松，且孔隙度总体上<10%，铸件成型质量良好。事实证明快速砂型铸造具有生产周期短，铸件精度高等优点，适用于新产品的快速制造。
参考文献：
[1]白朝中.基于数值模拟的发动机缸盖快速砂型铸造工艺研究[D].西南科技大学，2015；
[2]姚方方，于秀涛.快速砂型铸造发动机缸盖工艺设计与优化[J].特种铸造及有色合金，2017，37（1）：34-37.