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摘要：汽车“轻量化”是汽车铸造发展的方向，以汽车发动机壳体的铸造工艺为基本媒介，分析了汽缸体的组成、“轻量化”材料选择等，研究了基于UG的发动机壳体三维模样设计思路、浇注方式的选择及基于CAM的消失模具制造，然后对其动力经济性进行分析，论述了汽车整体“轻量化”对功率输出经济性影响，体现出汽车组成部件的“轻量化”铸造对于汽车工业经济、可靠发展的重要意义。
关键词：轻量化，汽缸体，经济性
随着能源资源的消耗，汽车的动力经济性已成为制约汽车工业发展的重要瓶颈，为了获得较好的动力经济指标，使汽车发展更具活力，实现汽车整体以及组成部件的“轻量化”设计与研究是非常必要的。汽车“轻量化”是一种通过改进生产过程，在保证汽车性能的前提下，不断优化零部件的铸造工艺，从而进一步减少汽车的总体重量[1]，从材料和铸造工艺两方面实现汽车零部件的优化过程。在本文中，笔者首先分析了汽车发动机汽缸体的铝合金铸造工艺，在满足耐磨、耐压等基本要求的前提下，由汽缸体的动力经济性延伸到整体汽车“轻量化”动力经济性的分析，从侧面上论证汽车组成部件的合理“轻量化”铸造与应用的经济性。
1. 汽车发动机壳体的结构
汽车发动机汽缸体是一种复杂的薄壁箱体类铸件，它是保证发动机功率输出的基础，而在汽缸体的铸造工艺上对于铸件的要求较高，除了要求有较高的强、硬度、抗高温、腐蚀等特性外，还要求汽缸体具有较低的表面粗糙度（目前要求在Ra25左右）[2]，这就要求清楚发动机壳体的基本结构，如图1所示的由四个汽缸和箱体组成的四冲程缸体结构，其最大轮廓尺寸为535mm×396mm×346mm[3]，箱体表面有不规则的凸起，且箱体的壁厚差异较大，壁厚处可达到30mm，而薄壁处甚至在3mm以下。
从发动机壳体的材料的角度来说，除了一方面满足发动机正常工作的要求，另一方面也要选择“轻量化”材料。ZAlSi7Mg的组成成分简单，主要由质量分数6.5～7.5%Si，0.25～0.45%Mg组成，且ZAlSi7Mg易于铸造，适合汽缸体气密性好、耐腐蚀、抗热裂能力强的要求。此外，发动机壳体的铸造，除了常规的低压铸造、砂型等手段外，采用基于消失模的发动机壳体铸造，能有效的提高生产效率，对于控制总体的经济性有重要的作用。
2.发动机壳体的消失模铸造工艺
2.1.基于UG的模样设计思路
发动机壳体泡沫模样设计的一般思路是根据汽缸体的基本结构与性能，找出代表其基本特征的模型状态，确定其三维形态，然后通过修改三维工艺参数实现壳体消失模的设计，在UG中，首先分别对四冲程汽缸体内、外实体造型，利用求差进行实体之间的裁剪得到如图1所示的模样三维结构图。
2.2.浇注方式的选择
发动机壳体的浇注一般选择顶注式，一方面它能迅速的实现浇注，且保证浇注过程中金属液的温度损失最小，另一方面可以提高铸件的成品率，有利于对成本进行控制，顶注式浇注方案如图2所示。
2.3.壳体的消失模设计
壳体的消失模设计与制造可以利用CAM实现，如图3所示的流程，首先明确发动机壳体的基本结构尺寸，然后为了节约生产成本，选择模具材料为EPS珠粒，进行消失模毛坯的制造，之后对毛坯进行精粗两次加工，根据设置的基准孔进行程序校验，之后依次从型腔、曲面、分型面等处进行加工，最后人工进行修补，完成模具的设计后，模样簇的组装分阶段进行，将产品模样和浇道口组装起来浸涂消失模涂层，等到烘干之后再进行发动机壳体的浇注生产。
3.“轻量化”发动机壳体的动力经济性
忽略其他因素的影响，只考虑汽车的质量，可见功率Pe∝mv。而从发动机壳体轻量化来看，采用ZAlSi7Mg合金与灰铸铁相比，能有效的减少发动机壳体的质量，大约减少30%左右，另外有资料表明，整体实现“轻量化”的汽车的质量与传统相比减少40%[6]，这样汽车发动机的功率输出也相应的减少40%，然后从未来5～10年汽车发动机的铸造预测数据来看，到2020年大约需要3000万辆汽车[7]，因此，采用“轻量化”材料铸造汽车零部件能大量的节省能源消耗，对于保证汽车工业和汽车零部件铸造的长远发展有重要意义。
4.结论
由汽车发动机壳体的“轻量化”铸造过程研究，进而预测汽车整体“轻量化”带来的良好燃油经济性是保证汽车零部件铸件及汽车工业可持续发展的重要前提，目前，汽车零部件材料的发展比较迅速，对于未来，发展机械力学性能更好、质量更轻、更符合汽车动力经济性的材料是节约能源、适应发展需要的基础。
参考文献
[1] 鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].上海汽车，2007，6：28-31.
[2] 王凤娟.汽缸体铸造工艺问题的探讨[J].铸造技术，2010，31（7）：831-833.
[3] 章舟.消失模铸造生产实用手册[M].北京：化学工业出版社，2010，11：133.
[4] 王子岩.铝合金汽缸体消失模铸造充型及凝固过程模拟[D].河北：河北科技大学硕士学位论文，2011：19-22.
[5] 那鹏飞.混合动力汽车发动机匹配的分析[J].机械工程与自动化，2012，1：167-172.
[6] 肖九梅.铸造铝合金发动机[J].模具制造，2013，3：62-68.
[7] 吴殿杰.国内汽车发动机缸体铸件铸造技术发展趋势[J].现代铸铁（增刊），2012，2：23-30.
关键词：轻量化，汽缸体，经济性
随着能源资源的消耗，汽车的动力经济性已成为制约汽车工业发展的重要瓶颈，为了获得较好的动力经济指标，使汽车发展更具活力，实现汽车整体以及组成部件的“轻量化”设计与研究是非常必要的。汽车“轻量化”是一种通过改进生产过程，在保证汽车性能的前提下，不断优化零部件的铸造工艺，从而进一步减少汽车的总体重量[1]，从材料和铸造工艺两方面实现汽车零部件的优化过程。在本文中，笔者首先分析了汽车发动机汽缸体的铝合金铸造工艺，在满足耐磨、耐压等基本要求的前提下，由汽缸体的动力经济性延伸到整体汽车“轻量化”动力经济性的分析，从侧面上论证汽车组成部件的合理“轻量化”铸造与应用的经济性。
1. 汽车发动机壳体的结构
汽车发动机汽缸体是一种复杂的薄壁箱体类铸件，它是保证发动机功率输出的基础，而在汽缸体的铸造工艺上对于铸件的要求较高，除了要求有较高的强、硬度、抗高温、腐蚀等特性外，还要求汽缸体具有较低的表面粗糙度（目前要求在Ra25左右）[2]，这就要求清楚发动机壳体的基本结构，如图1所示的由四个汽缸和箱体组成的四冲程缸体结构，其最大轮廓尺寸为535mm×396mm×346mm[3]，箱体表面有不规则的凸起，且箱体的壁厚差异较大，壁厚处可达到30mm，而薄壁处甚至在3mm以下。
从发动机壳体的材料的角度来说，除了一方面满足发动机正常工作的要求，另一方面也要选择“轻量化”材料。ZAlSi7Mg的组成成分简单，主要由质量分数6.5～7.5%Si，0.25～0.45%Mg组成，且ZAlSi7Mg易于铸造，适合汽缸体气密性好、耐腐蚀、抗热裂能力强的要求。此外，发动机壳体的铸造，除了常规的低压铸造、砂型等手段外，采用基于消失模的发动机壳体铸造，能有效的提高生产效率，对于控制总体的经济性有重要的作用。
2.发动机壳体的消失模铸造工艺
2.1.基于UG的模样设计思路
发动机壳体泡沫模样设计的一般思路是根据汽缸体的基本结构与性能，找出代表其基本特征的模型状态，确定其三维形态，然后通过修改三维工艺参数实现壳体消失模的设计，在UG中，首先分别对四冲程汽缸体内、外实体造型，利用求差进行实体之间的裁剪得到如图1所示的模样三维结构图。
2.2.浇注方式的选择
发动机壳体的浇注一般选择顶注式，一方面它能迅速的实现浇注，且保证浇注过程中金属液的温度损失最小，另一方面可以提高铸件的成品率，有利于对成本进行控制，顶注式浇注方案如图2所示。
2.3.壳体的消失模设计
壳体的消失模设计与制造可以利用CAM实现，如图3所示的流程，首先明确发动机壳体的基本结构尺寸，然后为了节约生产成本，选择模具材料为EPS珠粒，进行消失模毛坯的制造，之后对毛坯进行精粗两次加工，根据设置的基准孔进行程序校验，之后依次从型腔、曲面、分型面等处进行加工，最后人工进行修补，完成模具的设计后，模样簇的组装分阶段进行，将产品模样和浇道口组装起来浸涂消失模涂层，等到烘干之后再进行发动机壳体的浇注生产。
3.“轻量化”发动机壳体的动力经济性
忽略其他因素的影响，只考虑汽车的质量，可见功率Pe∝mv。而从发动机壳体轻量化来看，采用ZAlSi7Mg合金与灰铸铁相比，能有效的减少发动机壳体的质量，大约减少30%左右，另外有资料表明，整体实现“轻量化”的汽车的质量与传统相比减少40%[6]，这样汽车发动机的功率输出也相应的减少40%，然后从未来5～10年汽车发动机的铸造预测数据来看，到2020年大约需要3000万辆汽车[7]，因此，采用“轻量化”材料铸造汽车零部件能大量的节省能源消耗，对于保证汽车工业和汽车零部件铸造的长远发展有重要意义。
4.结论
由汽车发动机壳体的“轻量化”铸造过程研究，进而预测汽车整体“轻量化”带来的良好燃油经济性是保证汽车零部件铸件及汽车工业可持续发展的重要前提，目前，汽车零部件材料的发展比较迅速，对于未来，发展机械力学性能更好、质量更轻、更符合汽车动力经济性的材料是节约能源、适应发展需要的基础。
参考文献
[1] 鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].上海汽车，2007，6：28-31.
[2] 王凤娟.汽缸体铸造工艺问题的探讨[J].铸造技术，2010，31（7）：831-833.
[3] 章舟.消失模铸造生产实用手册[M].北京：化学工业出版社，2010，11：133.
[4] 王子岩.铝合金汽缸体消失模铸造充型及凝固过程模拟[D].河北：河北科技大学硕士学位论文，2011：19-22.
[5] 那鹏飞.混合动力汽车发动机匹配的分析[J].机械工程与自动化，2012，1：167-172.
[6] 肖九梅.铸造铝合金发动机[J].模具制造，2013，3：62-68.
[7] 吴殿杰.国内汽车发动机缸体铸件铸造技术发展趋势[J].现代铸铁（增刊），2012，2：23-30.