原标题：铸铁气缸体的组芯立浇工艺探讨
对于复杂的铸铁气缸体，传统的潮模砂造型工艺受到了很大的限制，已不能满足铸件的质量要求，需要采用组芯造型来完成。本文以四缸气缸体为例，探讨了铸件开发过程中关键参数的确定及关键过程的质量控制方法。
采用组芯工艺生产气缸体，在铝气缸体上应用较多，在铸铁气缸体上应用较少。铸铁气缸体主要成形工艺是采用潮模砂造型。一般说来，组芯造型和潮模砂造型相比，生产成本要高20%～30%。近些年来，汽车工业快速发展，使车辆的节油性能逐渐受到重视。为了“节能、减排”的需要，减轻发动机的重量，成为设计要求。根据资料介绍，汽车的自重每减少10％，燃油的消耗可降低6％～8％。随着发动机水平的提升，对气缸体的结构要求逐步提高。一些结构集成到气缸体上（例如复杂的水套、润滑油通道、平衡轴孔等）。气缸体的壁厚由4～5mm，减少到现在的3～4mm。气缸体结构的复杂和壁厚的减薄，对气缸体的铸造工艺提出了更高的要求。传统的潮模砂铸造工艺受到了很多限制，已不能满足气缸体铸件的要求。组芯造型工艺由于其工艺灵活性大，尺寸精度高，在产品开发和批量生产中，得到了越来越多的应用。本文以四缸气缸体的开发过程为例，探讨了组芯造型生产气缸体的铸造工艺特点。
1 气缸体的产品特性
气缸体轮廓尺寸426.5mm×335mm×289 mm，气缸体结构示意图如图1所示。
铸件壁厚3.0±0.5mm铸件加工余量要求为2.5~3.0mm，其余尺寸符合GB/T6414-1999中CT8要求。
铸件本体取样（曲轴轴瓦位置），抗拉强度≥220MPa。本体缸壁硬度HB200～250。
气缸体水套（水道）、油道内不允许存在影响液体流动的粘砂、披缝及杂物存在。
2 铸造工艺方案的确定及模拟优化
（1）铸件的成形方案
考虑到铸件的结构紧凑，尺寸精度要求高。因此采用冷芯盒法制芯，组芯造型，立式浇注的生产方式。铸件需要15个主要砂芯来完成，见图2。
（2）铸造工艺参数的确定
因为铁水在砂芯中的冷却速度较潮模砂要慢，因此铸件的收缩率会有所变化。根据经验来说，组芯造型的铸件收缩率要比普通潮模砂中收缩率大10%～20%。此铸件确定的铸件收缩率为1.1%。
（3）由于冷芯的尺寸精度较高，砂芯的配合间隙设计为0.1（单边定位间隙）。不定位的间隙可以放大。
（4）浇注系统的设计及模拟优化
组芯造型浇注系统的布置比较灵活。采用底注式浇注系统，在缸体底边法兰处进水。
对此浇注系统应用MAGMA软件进行了模拟，如图3、图4所示。对铁水的充填过程、排气位置进行了预测和优化设计：
①使铁水实现平稳充填；
②在铸件中不出现冷隔和浇不足的位置；
③铸件温度场分布合理；
④有利于气体排出。
（5）制芯过程的模拟及优化
由于缸体水套砂芯、油道砂芯形状复杂，为了保证砂芯的顺利生产，进行了制芯模拟及优化。
合理地布置射砂孔及排气位置，顺利地生产出合格砂芯，如图5、图6所示。
3 铸造过程的质量控制
（1）制芯过程的质量控制
为了保证水套及油道砂芯的制芯质量，减少砂芯的疏松，避免铸件内部产生粘砂、毛刺等缺陷，砂芯的质量是关键。在保证砂芯强度的情况下，同时还要尽量减少砂芯的发气量。采用人造砂（宝珠砂，或称为陶粒砂）来生产，树脂的加入量为0.9%。
（2）砂芯的涂料方式及烘干
水套砂芯（见图7）和水道砂芯、左右油道砂芯（4个）进行二次涂料：组装前浸涂一次，单独烘干；砂芯组装后，再整体浸涂。其余砂芯组装后，浸涂水基涂料并烘干。要求砂芯涂料层厚度为0.2mm，浸涂后芯组涂料均匀，无涂料堆积及疙瘩（见图8）。一方面保证了铸件的表面粗糙度。另一方面，可以避免由于砂芯的涂料层厚度的变化而影响砂芯位置，保证铸件的尺寸精度。
（3）浇注过程
砂芯组装好后，送至浇注工位进行浇注。浇注温度：1420~1440℃，浇注时间：10~13s。
（4）铸件的检验
铸件清理后，采用三维扫描比对的方式进行尺寸检查。内腔的尺寸需要解剖后进行扫描比对；
采用X射线进行内部扫描，验证铸件内部是否存在缩松等缺陷。
4 结论
(1) 合理的铸造工艺方案，先进的技术手段，是保证产品开发成功的关键。利用铸造模拟软件，对铸造方案进行模拟和优化，可以有效地减少铸件开发的的风险，加快铸件开发的速度和水平。
(2) 模具的质量是保证产品开发顺利实施的基础。高质量的模具是生产出复杂砂芯的一个重要原因。同时，高质量的模具也为铸件的尺寸精度提供了保证。
(3) 新材料和新技术的应用，为复杂产品的生产提供了保证。采用砂芯组装后整体涂料，优良的涂料质量是关键；回油孔及水套砂芯等采用人造砂，降低树脂加入量，保证了砂芯的强度和低发气量。
(4) 完善控制文件，严格执行工艺。为了减少模具的复杂程度，一些砂芯的排气孔是手工钻出的。同时，排铁水和排气孔也要区分开等。这些都在工艺文件中有明确规定并贯彻实施，保证工艺方案的一致性。
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