1.氣缸體的基本結(jié)構(gòu)一般由氣缸、曲軸箱內(nèi)腔、水套內(nèi)腔、挺桿室內(nèi)腔、分電器孔、氣油泵孔、轉(zhuǎn)子濾清器回油孑L、進(jìn)水孔、凸輪軸孔和油道等組成。有的氣缸體還設(shè)有鑄造工藝孑L。氣缸體內(nèi)部一般鑄有隔板和加強(qiáng)肋，用來增大剛度，也是為了支撐曲軸主軸承和凸輪軸軸承。
根據(jù)氣缸數(shù)量，可分為單缸和多缸;按其氣缸排列方式可分為單列式(直列式)和雙列式;單列式氣缸體各缸排列成一列，雙列式氣缸體中心線夾角<180~者稱V形缸體，等于180~’的則稱為對置式。單列多缸氣缸體結(jié)構(gòu)相對簡單，加工容易，但長度和高度方向尺寸較大，一般多用于6缸以下發(fā)動機(jī)。與直列式氣缸體相比，V形發(fā)動機(jī)縮短了氣缸體的長度和高度，增加了其剛度，重量也有所減小，但卻加大了缸體的寬度，且形狀復(fù)雜，加工困難，一般多用在缸數(shù)多、功率大的發(fā)動機(jī)上。對置式氣缸體高度比其他形式的氣缸體小得多，使汽車的總布置更為方便，對風(fēng)冷式發(fā)動機(jī)較適宜。
按氣缸體曲軸軸線與缸體下表面的位置分類，曲軸軸線與氣缸體下表面在同一平面上的稱為一般式氣缸體;為增大剛度，將氣缸體下表面移至曲軸中心線以下的稱為龍門式氣缸體;為便于安裝，用滾動主軸承支撐曲軸的缸體稱為隧道式氣缸體。氣缸體示意圖見圖2_2。
2.分型面的選擇對于臥做臥澆工藝方式生產(chǎn)的一般氣缸體，其分型面選擇在缸孔中心線所在的平面上，大多數(shù)廠家將氣門室所在平面置于下型，以便于砂芯定位和鑄型排氣。有的廠家也有采取垂直分型或多面分型的方式來生產(chǎn)氣缸體。
關(guān)于確定一箱鑄幾件氣缸體，各廠可根據(jù)鑄件輪廓尺寸、砂箱的大小、造型
設(shè)備和各自的生產(chǎn)條件來考慮，是一型一件，還是一型多件。
3.澆注位置的選擇這是工藝設(shè)計(jì)中最先考慮的內(nèi)容，也是設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)之一。絕大多數(shù)氣缸體是選用臥做臥澆的工藝，且通常是凸輪室面(即氣門室面)朝下。這主要是為了整個(gè)氣缸體砂型、砂芯的制作簡便、下芯方便。
但也有少數(shù)工廠選用立做(或臥做)立澆的生產(chǎn)方式，或頂蓋面朝下或油底殼面向下的澆注位置。
氣缸體澆注位置的優(yōu)化選擇原則主要有：簡化砂芯結(jié)構(gòu)及模樣、芯盒等工裝的設(shè)計(jì)，確保生產(chǎn)效率高，以有效保證鑄件質(zhì)量及高的鑄件合格率。
4.重要工藝參數(shù)氣缸體的一般工藝參數(shù)有：加工余量、起模斜度、分型負(fù)數(shù)、分芯負(fù)數(shù)和反變形量等。各廠可根據(jù)自己的生產(chǎn)條件，或各自的經(jīng)驗(yàn)來選取。如第一汽車制造廠的CA6102缸體主要工藝參數(shù)為：
(1)加工余量MA 一般為2.5～4mm;局部處采用工藝補(bǔ)正量，選用5mm。
(2)起模斜度和鑄造圓角 一般起模斜度不大于20。，鑄造圓角為舵～R5mm。
(3)鑄造縮尺(鑄造收縮率) 不僅與合金成分、鐵液溫度、鑄型及砂芯條件有關(guān)，而且與鑄件的結(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密。對于薄壁、復(fù)雜的缸體鑄件，其收縮率在各個(gè)方向是不盡相同的。所以cA6102缸體采用1%的縮尺，造成鑄件尺寸偏大的結(jié)果。
使用1%的傳統(tǒng)縮尺，氣缸體長度通常超長，影響各缸筒主軸承座兩側(cè)加工余量的均衡性，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致前后端面的缸筒或主軸承兩側(cè)面無加工余量而報(bào)廢。高度方向1%的縮尺對其尺寸精度影響不太明顯，但有時(shí)也使缸頂面和油底殼面加工余量偏大。寬度方向l%的縮尺常造成缸體寬度方向嚴(yán)重偏大。一方面使曲軸箱內(nèi)腔寬度尺寸超大，另一方面使兩側(cè)面加工余量嚴(yán)重超量。對已在各方向均選用1%縮尺的氣缸體，大部分廠家通過采用分型負(fù)數(shù)和分芯負(fù)數(shù)的方法來解決因縮尺選擇不當(dāng)而造成的缸體尺寸偏差。
對于復(fù)雜、薄壁的氣缸體鑄件，一般在工藝設(shè)計(jì)時(shí)其各方向的縮尺選用是不同的。參照國內(nèi)外相關(guān)資料和一些廠家的改進(jìn)實(shí)踐，對氣缸體三個(gè)方向的收縮率
按以下選擇較為合理：
長度方向：0.7%一0.8%(濕缸套缸體)或0.56%～0.64%(干缸套缸體)。
寬度方向：O.5%一0.7%。
高度方向：O.8%一1.0%。
這樣在制作模樣和芯盒時(shí)就可不再考慮分型負(fù)數(shù)和分芯負(fù)數(shù)，從而簡化模樣和芯盒的制作。
(4)分型負(fù)數(shù)和分芯負(fù)數(shù)為解決CA6102氣缸體工藝上收縮率選擇不當(dāng)?shù)膯栴}，氣缸體采用了分型負(fù)數(shù)和分芯負(fù)數(shù)。分型負(fù)數(shù)的采用方法為：在氣缸體曲軸箱法蘭分型面上，上、下模樣各去掉0.5mm和1.0ram;而在缸頂面的分型面上，上模樣去掉0.5mm、下模樣去掉0mm的斜向負(fù)數(shù)。cA6102氣缸體分型負(fù)數(shù)的選取見圖2_4。分芯負(fù)數(shù)的選取方法為：每個(gè)缸筒圓棒芯在分盒面上去掉0.35mm的分芯負(fù)數(shù)。工藝上采取加分型負(fù)數(shù)、分芯負(fù)數(shù)后，有效地解決了cA6102氣缸體長度和寬度方向尺寸超差的問題。
5.澆注系統(tǒng)要求充型平穩(wěn)，有利于排氣、補(bǔ)縮，還應(yīng)具有良好的擋渣能力。氣缸體澆注系統(tǒng)的合理、正確與否，直接影響鑄件合格率、工藝出品率的高低和鑄件的表面質(zhì)量。
(1)常見的幾種形式及適宜性 目前國內(nèi)外普遍采用的臥做臥澆氣缸體澆注系統(tǒng)，根據(jù)內(nèi)澆道位置的不同，大致可分為以下幾種形式(見圖2—5)。
1)底注式。進(jìn)液位置通常選在下油底殼法蘭上，如圖2—5a所示。這種澆注系統(tǒng)國內(nèi)應(yīng)用較普遍，是氣缸體澆注系統(tǒng)的傳統(tǒng)方式。如第一汽車制造廠生產(chǎn)的CA6102及cA6110氣缸體均采用此種形式的澆注法。但這種底注式使型內(nèi)鐵液溫度存在上低下高的不良狀態(tài)，而其鑄件的氣孔、冷隔、滲漏、偏芯等鑄造缺陷相對偏多。
2)頂注式。進(jìn)液位置設(shè)在上型主軸承座處，接近于鑄件的最上方，日本五十鈴汽車公司的493氣缸體采用了此種形式。頂注式澆注系統(tǒng)對克服一些常見的氣孔、澆不足、滲漏等缺陷比較有利。
3)中注式。進(jìn)液位置選在上下型的主軸承座處，各用一排內(nèi)澆道。這種進(jìn)液方式因具備良好的綜合工藝，既充型平穩(wěn)又有利于氣缸體鑄件克服常見的氣孔、澆不足、冷隔等缺陷。此法最適宜于輕、微型氣缸體，也適宜于中型氣缸體。
4)階梯式。第一層內(nèi)澆道進(jìn)液位置選在下型油底殼法蘭上，第二層內(nèi)澆道則選在上型主軸承座上，如圖2_5d所示。對于這種階梯式澆注系統(tǒng)形式，若在確定上、下層內(nèi)澆道進(jìn)液比例時(shí)以上層為主，則具有良好的綜合工藝性。它既適宜于中、大型氣缸體，也適宜于輕、微型氣缸體。
(2)澆注系統(tǒng)各組元的尺寸澆注系統(tǒng)各組元尺寸、比例的正確設(shè)計(jì)是氣缸體鑄件重量的有利保障。一般澆注系統(tǒng)的尺寸可按下列方案設(shè)計(jì)：
1)澆注時(shí)間的確定。生產(chǎn)實(shí)踐表明，氣缸體類鑄件的砂型鑄造以快澆為宜
2)最小截面面積∑A濾的確定
3)內(nèi)澆道最小總截面面積∑A內(nèi)的確定。內(nèi)澆道的最小總截面面積∑A內(nèi)原則上應(yīng)與∑A濾等值，這樣才能使金屬液均勻注入型腔，即達(dá)到工藝設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。一般控制∑A內(nèi)與∑A濾相差在±5%以內(nèi)為最好。偏差過大，則不能使鐵液達(dá)到各內(nèi)澆道設(shè)計(jì)分布的要求，使鐵液在型腔中呈紊流狀態(tài)而無法有效地控制。
內(nèi)澆道的分布原則是：既能使金屬液充型平穩(wěn)、均勻，又能使內(nèi)澆道與鑄件接觸處避免產(chǎn)生熱節(jié)。
4)各組元截面面積比的確定。對于氣缸體澆注系統(tǒng)各組元截面面積比，有許多文獻(xiàn)作過闡述，一般可按下式選取：
∑A內(nèi)：∑A橫：∑A贏=1：(2.O～3.0)：(1.1一1.3) (2—3)
所設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：一是半封閉澆注系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)阻渣;二是大斷面積的橫澆道既可實(shí)現(xiàn)低流速大流量的平穩(wěn)充型，又可克服快速澆注可能出現(xiàn)的沖砂、抬箱、脹砂等問題;三是使型腔內(nèi)鐵液呈現(xiàn)上高下低的理想溫度梯度狀態(tài)，既有利于足夠容量的冒口對鑄件的補(bǔ)縮，又有利于克服氣孔缺陷。
6.造型工藝造型工藝是決定鑄件質(zhì)量的重要部分，它直接反映鑄造工藝質(zhì)量的水平。復(fù)雜的氣缸體鑄件通常由強(qiáng)度較大的支撐、固定支座和受力較小的缸壁等部分組成;缸壁所占的比例較大，其壁厚直接影響缸體質(zhì)量。濕型造型時(shí)，壁厚的部位由于型壁位移，往往產(chǎn)生壁厚增大現(xiàn)象;而在壁薄處由于早期鐵液迅速凝固，形成與型腔一致的壁厚。由于鑄件的壁厚偏差主要取決于鑄型精度，因此造型工藝及設(shè)備對氣缸體尺寸影響很大。國內(nèi)外缸體的造型以各種高壓造型為主。
(1)造型工藝方案主要有：高壓造型工藝、氣沖造型工藝、垂直擠壓造型工藝等。
1)高壓造型工藝。通過壓縮空氣，對型砂進(jìn)行第一次預(yù)緊實(shí)，之后關(guān)閉壓縮空氣，在0.3ms內(nèi)打開排氣閥，壓縮空氣在壓力梯度下高速對型砂進(jìn)行第二次預(yù)緊實(shí)，最后通過多觸頭進(jìn)行擠壓。為提高緊實(shí)率，在模板上開設(shè)多處排氣塞。該工藝制成的鑄型從分型麗到型背均有很高的強(qiáng)度。為獲得良好、均勻的鑄型，在高壓的基礎(chǔ)上采用真空加砂、氣流加砂和靜壓等輔助技術(shù)和設(shè)施。如第一汽車制造廠生產(chǎn)的cA6102缸體采用高壓多觸頭微震造型機(jī)，對鑄件質(zhì)量有較好的保障，其緊實(shí)率高，上型可達(dá)85—90(B型硬度計(jì))，下型可達(dá)90～95。
2)氣沖造型工藝。由氣沖閥在10ms內(nèi)快速打開，使壓縮空氣與鑄型之間形成很大的壓力梯度，通過壓力波緊實(shí)型砂。該工藝可獲得緊實(shí)度高的鑄型，且砂型的強(qiáng)度自型板開始，隨砂箱高度的增加而遞減。氣沖造型硬度比其他任何造型工藝都理想，符合鑄造澆注工藝規(guī)律要求。其型腔表面硬度高，對提高鑄件尺寸精度、降低表面粗糙度極為有利。隨著砂型離型腔表面的距離增加，其硬度下降，到型背時(shí)砂型硬度最低，通氣效果亦最好，有利于高溫鐵液澆注時(shí)型腔、芯砂、型砂氣體的順利排出，減少鑄件氣孔的產(chǎn)生。同時(shí)它還具有能耗少的特點(diǎn)。
3)垂直擠壓造型工藝。具有較高的型砂緊實(shí)度、生產(chǎn)率和鑄件尺寸精度等特點(diǎn)。法國的Poitou鑄造廠用此造型工藝生產(chǎn)的四缸發(fā)動機(jī)缸體，其尺寸精度為：長度方向?yàn)?。01%，寬度方向?yàn)?.03%。其精度是相當(dāng)高的。
(2)砂箱對機(jī)械化造型的砂箱應(yīng)引起足夠的重視，除重視其質(zhì)量、精度外，最好能上、下砂箱配對使用，雖減少砂箱的互換性，但對維持砂箱精度極為有利。
由于各廠生產(chǎn)情況不一，砂箱內(nèi)部尺寸各不一致。意大利菲亞特TEKSID公司的砂箱內(nèi)部尺寸為：大砂箱1800ram×1400ram×400ram/'400ram，平均100箱/h;小砂箱1000ram×800mm×300ram/’300mm，平均300箱/h。第一汽車制造廠鑄造一廠缸體砂箱內(nèi)部尺寸為1100mm×800ram×400ram/350ram，平均60箱/h。
(3)型砂質(zhì)量型砂質(zhì)量具有關(guān)鍵性的作用。目前國內(nèi)對型砂質(zhì)量的評定主要用以下指標(biāo)：新砂粒度、活性粘土量、活性含碳量、含水量、緊實(shí)率、濕壓強(qiáng)度、透氣性和砂溫等。有些人士指出，為全面控制型砂質(zhì)量，應(yīng)增加幾項(xiàng)指標(biāo)：砂鐵比、型砂的抗剪強(qiáng)度、砂團(tuán)數(shù)、混砂時(shí)問和輔料的加入量。這幾項(xiàng)指標(biāo)的控制對提高型砂在線的智能控制發(fā)揮著巨大作用。
(4)合型合型應(yīng)有浮動機(jī)構(gòu)、增加預(yù)定位銷，則可提高合型精度和定位銷、套的使用壽命。如K·w公司和第一汽車制造廠缸體生產(chǎn)線的合型均采用預(yù)定位機(jī)構(gòu)，以保證鑄件的尺寸精度。 一
(5)壓鐵壓鐵使用得當(dāng)，則能有效防止鐵液抬箱引起的鑄型變形。箱卡和重砂箱對控制抬箱的作用也十分有效。
7.制芯工藝這是十分重要的環(huán)節(jié)。對砂芯的一般要求是：具有均勻緊實(shí)、足夠強(qiáng)度和好的表面質(zhì)量。
國內(nèi)外各廠所用的氣缸體砂芯制芯法各有成功之處，方法也各異，但具體歸納大體可分為三種制芯工藝法：殼芯法、熱芯盒法和冷芯盒法。
