中頻感應爐—中頻感應爐雙聯熔煉，而使用變頻感應爐作為保溫爐的企業亦在不斷增加。為了節能和環保，部分企業的沖天爐采用水冷熱風除塵方式，用具有高發熱值的鑄造焦取代冶金焦，以提高鐵液溫度，保證鐵液質量，增強熔化效率。一汽鑄造公司的沖天爐熔化過程控制采用微機等集散式控制系統，沖天爐熔煉鐵液的檢測采用測溫儀、碳當量檢測儀和化學成分直讀光譜儀等。
從掌握的汽車行業鑄造廠資料來看，哈爾濱東安機械廠、上汽通用和安徽奇瑞等許多車間的熔化設備多數以中頻爐為主。當然，熔化設備的選擇主要考慮當地的能源供應狀況；但從熔煉質量看，這些熔煉設備都能滿足供貨需求，與世界先進水平基本接近。隨著工業廢鋼的生產量增加，國內已經采用以廢鋼增碳的熔化工藝來生產缸體等薄壁高強度合金鑄鐵件，這為提高鑄件質量和穩定生產提供了可靠的保證。一汽鑄造公司使用國產10 t中頻熔化爐，采用廢鋼增碳熔化技術生產高強度灰鑄鐵，鑄件各項指標均達到國際同類水平，抗拉強度達230-320 MPa，硬度達180-220 HB，內腔清潔度要求小于3 000 mg。
總之，國內熔化設備的水平不斷提高，不論是沖天爐還是電爐，均已接近世界先進水平。關鍵的電器控制元件引進后，電爐產品的總體水平已滿足生產要求，熔化效率都有提高，但在運行過程中仍會出現小問題，有待設備生產廠家進一步降低設備故障率。
目前，大批量流水線生產的汽車鑄造行業采用大噸位中（變）頻爐熔化也是一種趨勢。如安徽蕪湖奇瑞60萬臺發動機缸體鑄造及原一汽大宇發動機有限公司鑄鐵廠（現為上海通用煙臺動力）熔煉爐和保溫爐全部采用美國應達8 t容量的中頻爐和20 t容量的保溫爐。近10年來，隨著靜態變頻裝置的發展，其效率和安全性能不斷提高而投資呈逐年下降的趨勢，使得鑄造廠采用中頻感應電爐來代替工頻感應電爐熔煉鐵合金和非鐵合金變得越來越普遍。
目前，國內幾乎停止制造工頻坩堝式感應電爐。另外，采用高功率密度的中頻感應電爐的熔化時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造型工藝和設備
缸體是發動機上最關鍵、最復雜的鑄件，其壁厚最薄處往往不到3 mm，缸體鑄件生產應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、運行可靠等優點的靜壓造型線及氣沖造型線使用較為廣泛。近年來，國內外造型線制造廠家對造型機的不斷改進，先后已出現氣沖加壓實、氣流增益氣沖加壓實、靜壓加壓實、主動多觸頭壓實、成型擠壓等加砂方式，砂型硬度更加均勻化，成為缸體鑄件生產首選的造型設備。另外，對于發動機缸體鑄件年產量萬臺左右的廠家，如濰柴四川柴油機廠和康明斯四川五糧液等大中型柴油機缸體鑄造企業，均采用pepset自硬砂工藝和三乙胺冷芯盒工藝，這也是節能低碳的最佳選擇。
國內清華大學、濟南鑄鍛所等早已研制靜壓造型線，蘇州鑄造機械廠和保定維爾的靜壓造型線以及無錫華佩線已有數條投入使用，但他們在整線性能和鑄型質量一致性方面還顯得不足。因此，國內汽車鑄件生產所用造型線多以進口為主，濟南鑄造鍛壓機械研究所捷邁鑄造工程公司為揚動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，該線主機選用德國HWS公司的靜壓造型機，輔機由國內提供，是國內單主機布線生產率最高的造型線，代表了當今世界的最高造型技術水平。
氣沖造型問世幾十年，其技術發展也在不斷提高和進步，與其它現代化濕型砂造型方法一樣，都是追求提高砂型緊實的均勻性，從而保證砂型表面光潔，尺寸精確，內部致密。為保證這一點，國外近幾年又有了新發展，見表3。
表3國外造型線發展趨勢
2.3制芯工藝和設備
目前，國內汽車鑄造廠缸體生產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性、潰散性、生產率、節能和砂芯精度優于其它制芯工藝，在國內汽車發動機缸體鑄造行業得到廣泛應用。從今后趨勢看，其應用范圍將不斷擴大。
另外，采用鎖芯工藝，利用砂芯上開設的工藝孔，二次填砂固化，使多個砂芯組合為一個整體組合砂芯，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。多數廠家采用計算機控制的“制芯中心”使全部制芯過程實現自動化。
制芯等設備主要有德國蘭佩冷芯制芯機、西班牙洛拉門迪制芯中心、日本浪速等，國產熱芯設備有單工位、兩工位、四工位等，殼芯設備有K763/874殼芯機等，可滿足復雜、薄壁、高精度鑄件對砂芯質量的要求。
2.4砂處理工藝和設備
2.4.1粘土濕型砂處理
砂處理工藝對鑄件產量和質量至關重要。在大批量流水線生產條件下，型砂周期循環使用，國內汽車行業都非常重視反復使用過程中型砂性能的變化規律，力求選擇好的砂處理工藝流程，并采用逐級多點檢測和自動控制。隨著高壓、氣沖及靜壓造型工藝對型砂要求嚴格性的不斷提高，相當多廠家進口了大容量高速混砂設備，如一汽二鑄廠采用2套200t/h砂處理單元，分別都配有美國國家工程公司辛普森22G高效混砂機和連續雙盤冷卻器，整個系統配有各種檢測儀器，通過中央控制室模擬控制；哈爾濱東安發動機公司和天津內燃機廠等引進日本新東公司SSD型砂處理系統，回砂采用測溫加水（MIA）和測濕加水（MIC）裝置以及型砂成型性控制儀，配以先進的檢測系統，通過自動化監控向靜壓造型線提供合格的型砂；上海通用、煙臺動力、安徽奇瑞等公司采用塔式結構的砂處理單元，使用國外公司的高效混砂機，舊砂冷卻系統以及計算機控制系統，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，這也是目前國外較先進的布置形式。
常州法迪爾克公司開發的MXC 30~120 t/h系列變頻式冷卻混砂機實現了混砂機創新性的突破，在沈陽華晨、常柴股份等20余家發動機鑄造廠得到推廣。其砂處理系統布置簡單，減少了設備、廠房的基礎投入；采用調速變頻，降低能耗，型砂混制更均勻；充分發揮膨潤土的效率，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備參數。
表4部分鑄造公司選用的砂處理設備參數
2.4.2粘土濕型砂舊砂（混合型舊砂）熱法再生處理線
國內一些汽車發動機鑄造廠由于使用砂芯數量較多，落砂時有大量潰散砂芯（這些砂芯幾乎都是樹脂砂芯）流入到舊砂中，使舊砂量遠遠超過砂系統的容納量，迫使必須拋棄大量的舊砂以保持砂處理系統平衡，在所拋棄的舊砂中，不僅有芯頭、清理的廢砂以及除塵細粉，還有許多落砂時不易破碎的型砂塊，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，而且廢棄舊砂堆放既占場地，又污染環境，還需大量的運輸費用。為減少這類混合型舊砂的產生，有的發動機缸體鑄造廠采用熱法再生：如哈爾濱東安汽車發動機公司引進意大利的熱法再生設備已在生產中應用；一汽鑄造公司引進日本熱法再生和機械再生結合技術，處理芯砂和型、芯砂混合砂已在生產中得到應用。粘土濕型舊砂再生技術的應用近年來有了突破，實踐證明濕型粘土舊砂經熱法再生后的LOI值、熱膨脹率、發氣量、角形系數及灰分含量等指標都優于新砂。但就目前國內鑄造行業現狀而言，粘土濕型砂熱法再生技術的推廣仍不如預期的那么廣泛，僅有宜賓五糧液康明斯發動機缸體鑄造廠以及東風、一拖等大型鑄造廠、長三角地區的吳江、昆山等地建有熱法焙燒爐用于舊砂再生。
最近國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，國內已陸續有一些采用自硬砂工藝生產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被釋放，而伴隨著粘結劑的燃燒，砂型和砂芯中的型砂就會散落下來。爐頂安裝的軸流風扇產生的高速氣流向下吹向缸體鑄件，將散落的型砂帶向爐底。高速氣流流過不規則形狀的缸體鑄件會產生壓差，這種壓差引起鑄件內部和外部的氣流擾動，從而將松動的型砂帶走。與此同時，高速風扇也使爐內氣流分布達到最佳狀態，從而使爐內溫差保持在很小的范圍內。鑄件從清潔鑄造三合一系統出來后，在完成了固溶熱處理的同時，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。爐底裝有流態床，用于對型（芯）砂進行最后清理。粘結劑殘留的微粒被分離并被排放。型（芯）砂在爐內被完全再生，經過氣力輸送到造型、制芯工部。爐內廢氣集中排放，通過旋風分離器、灼燒器、換熱器，最后經過袋式過濾除塵器，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；對已建成投產的鑄造工廠，可增加舊砂再生，或將舊砂集中到就近專業處理工廠再生后使用。這已經是一種發展趨勢，是國家節能減排、可持續發展的需要。
2.5清理工藝和設備
目前，缸體鑄件經去除澆冒口后，在清理線上打磨外表面，然后進入鼠籠式拋丸室清理，已是一種常規工藝。生產多品種缸體時，部分廠家采用夾持式高效拋丸清理機進行拋丸。普遍采用各種自動化和機械化專用清理線和高效缸體鼠籠拋丸機以及機械手對缸體進行整體清理，然后用手工對缸體逐個精整及吹凈水套內腔殘留物。經尺寸檢查，氣密性試驗，銑加工定位點及終檢后，進行涂漆或其它防銹處理，成為合格缸體鑄件。以鋼丸代替鐵丸進行拋丸清理，采用機器人分揀缸體鑄件，采用澆冒口去除機去除澆冒口以及采用X射線和超聲波探傷儀檢驗內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金屬爐料進行拋丸、破碎、凈化和稱量，以提高熔化效率和鐵液質量。表5為國內現有拋丸清理設備的主要技術參數。
2.6檢測技術和裝備
國內大批量生產發動機鑄件的廠家都擁有先進的檢測儀器和嚴格的質量保證體系。一般都采用先進的直讀光譜儀和紅外碳硫儀進行成分檢測與控制，利用先進的電子金相顯微鏡進行精確的金相組織分析，先進的電子拉力試驗機可以進行各種金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲等試驗，采用三坐標測量機對缸體鑄件、模具、芯盒進行自動精確測量，檢測水平一直在國內同行業中領先 2.7壓鑄工藝和設備
2.7.1鋁合金壓鑄件
隨著人們對環保、輕量化的要求日益提高，汽車發動機缸體逐漸轉向采用壓鑄生產。
目前，發展迅速的有廣州東風本田發動機公司、重慶長安汽車集團、長安鈴木汽車公司、上海乾通汽車附件公司（3 550 t/年）、喬治費歇爾（蘇州）有限公司以及哈爾濱東安動力公司等；此外，長春一汽集團（2 700 t/年）、重慶渝江壓鑄集團、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、重慶藍黛實業公司以及高要鴻泰精密壓鑄有限公司等均引進大型壓鑄機自動生產線生產發動機缸體等鋁合金壓鑄件。由傳統鑄造方法轉向壓鑄法生產鋁合金汽車缸體已經成為一個發展趨勢，僅2008一個年度，國內不同廠家從布勒公司引入了7條2 700 t級別的鋁合金發動機缸體生產線。由此可見，我國汽車缸體壓鑄生產規模在逐步擴大，生產水平也在不斷提高，預計在今后鋁合金發動機缸體的比例將達到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。大型壓鑄機選用鋁合金定量保溫爐，可以在壓鑄過程中縮短定量循環時間，降低能耗、減少廢品率，從而降低成本。壓鑄機采用壓鑄島單元式布置，每臺壓鑄機需要完成鋁液精煉、澆注、壓鑄、取件、冷卻、切邊、銑澆口、初打磨、檢驗（在線檢測）和裝筐等工序，然后進行時效、拋丸、精打磨等后續工序，最后入庫。
大型壓鑄機單元采用取件機械手和噴涂機械手。全自動壓鑄機采用計算機管理系統實現整個壓鑄過程檢測、存儲、計算和記錄；強化和提高質量控制手段和檢測水平，采用專用真空直讀光譜儀對鋁合金成分進行快速分析，采用進口儀器對鋁液的含氫量、非金屬夾雜物、熔渣和鋁密度進行檢測。
隨著壓鑄工業中一些高新技術的不斷出現，如兩模板壓鑄機的應用；采用鋁合金390的整套壓鑄技術壓鑄出全鋁氣缸體，摒棄了原來鋁合金壓鑄氣缸體中缸筒內鑄入鑄鐵套的方法。近年來，鋁合金壓鑄的柴油發動機殼體已經問世，這是壓鑄件進入柴油發動機領域的前奏。另外，壓鑄充型過程理論水平將逐步提高，生產技術也將不斷改進；壓鑄工藝參數的檢測技術將不斷普及和提高；壓鑄生產過程中自動化程度逐步完善，并日益普及；電子計算機技術的應用更加廣泛和深入；大型壓鑄件的工藝技術逐步成熟。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、局部加壓技術等；更有擠壓鑄造和半固態成型（含流變成型與觸變成型）等技術。所有這些，無疑給壓鑄法注入了新的活力，進而使生產具有高強度、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
發動機缸體采用鎂合金壓鑄件以實現汽車輕量化也呈不斷擴大勢態，2010年全國汽車達到1 806萬輛時鎂合金使用量為6.13萬t（僅限于汽車變速箱殼體、制動殼體和方向盤等），這標志著中國鎂合金壓鑄工藝技術正在向國際水平推進。目前，鎂合金的應用已引起我國科研部門的高度重視，早在國家“十五”科技攻關計劃中，鎂合金項目已被列為重大專項。國內部分企業，如吉利在2007年已經實現了汽車減重10%~14%的初期目標。其輕量化目標是在發動機上全面實施鋁鎂合金化。
喬治費歇爾（蘇州）在供應奇瑞和長城等鋁合金發動機缸體基礎上，正在考慮鎂合金發動機缸體壓鑄項目投產。
汽車鎂合金壓鑄件“入門”要求很高，必須取得一系列的質量體系認證以及生產環境認證，通常包括：ISO9002、QS9000、TS16949等質量體系認證。大型鎂合金壓鑄件生產具有一定的技術難度，這也是需要投入大量人力財力的。由于以上多種因素，向鎂合金壓鑄領域投資應持積極審慎態度，并采取正確的投資策略。
2.8發動機缸體凝固模擬軟件的應用
目前，國內部分汽車鑄造廠家采用凝固模擬軟件對發動機缸體鑄造過程進行仿真模擬，使整個鑄造過程清晰明了地表現出來，以提高鑄件的質量及降低成本。
例如，亞新科國際鑄造（山西）有限公司的缸體、缸蓋鑄件在現實生產中經常出現在縮松、滲漏缺陷，如TC6112缸體的滲漏比率高達30%~50%，造成巨大損失。通過使用國內外最先進的模擬凝固軟件對產品的澆注狀況進行分析；通過UG建立各種設計方案的三維模型，再利用Patran建立它們的有限元模型，然后對各種方案充型過程和凝固過程進行數值模擬。主要模擬了發動機缸體充型過程的速度場與溫度場、凝固過程的溫度場，以及對可能產生縮孔、縮松等缺陷的區域進行預測。完成模擬后，對各種澆注系統設計方案的充型、凝固過程及縮孔、縮松等缺陷的預測進行了對比分析，從模擬結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，模擬軟件在發動機缸體鑄造方面的開發應用呈不斷擴大趨勢。
2.9快速成形制造技術的應用
快速成形制造技術又稱為快速原型制造技術，它包括立體光刻技術、分層實體制造技術、選擇性激光燒結技術、熔融沉積技術、三維印刷技術、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、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果，是先進制造技術的重要組成部分。
與傳統制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發，通過軟件分層離散和數控成型系統，用激光束或其它方法將材料堆積而形成實體零件，所以又稱為材料添加制造法。由于它把復雜的三維制造轉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雜形狀的零部件，極大地提高了生產效率。與數控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動成型已成為現代模型、模具和零件制造的強有力手段，是目前適合我國國情的實現金屬零件的單件或小批量敏捷制造的有效方法，尤其在汽車發動機缸體鑄件等領域已得到了應用。
例如，選區激光燒結與鑄造技術結合，可有效地應用于發動機設計開發階段中樣機的快速制造，保證產品開發速度，提高產品的開發質量，大大降低開發成本，推動產品早日進入市場。國內已經開發出V8發動機的缸體熔模，利用選區激光燒結成型技術直接制作蠟模，無需開模具，因而大大節省了制造周期和費用，其成型時間為42 h，鑄造周期20天。如果按傳統制作方法開模具制造，至少需要6個月的時間，費用上百萬。此項技術為客戶節省大量的時間和開發成本。
汽車發動機缸體的鑄造生產中，模板、芯盒、壓鑄模的制造往往采用機加工的方法完成，此過程不僅周期長、耗資大，而且從模具設計到加工制造是一個多環節的復雜過程，其模具的制造過程極其復雜，開發周期長，研發成本大。不能適用于當前迅速響應市場的需求，而快速成型技術恰好滿足了汽車發動機快速制造的要求。采用該技術與傳統鑄造相結合的方法能夠非常迅速地實現從設計到產品的過程，減少中間環節，加快產品投放市場的速度，節省開發成本。例如用激光燒結的方法制作砂型，首先要根據零件的三維CAD模型設計出組合砂型模型。為了與以后的批量生產工藝靠近，砂型模型應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過軟件的分層處理轉換為快速成型設備的加工文件，就可以進行激光燒結成型了。如北京某技術中心開發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，只不過對粒徑分布和形態，樹脂成分及表面處理等方面有更嚴格的指標。成型時的層厚一般為0.2 mm，精度可控制在±0.25 mm以內。由于激光掃描的速度很快，樹脂在成型時不能達到完全固化。成型后將未燒結的浮砂清除后，砂型一般要放到加熱箱中進行二次固化。經二次固化后的砂型可達到與射芯機制得的砂型相同的性能。由于發動機的部件大多采用砂型鑄造，因此快速砂型鑄造已成為發動機樣機試制的最常用和最有效的方法。山東省汽車零部件快速設計制造工程技術研究中心為某汽車廠采用快速鑄造方法生產的四缸發動機的蠟模及鑄件，按傳統金屬鑄件方法制造，模具制造周期約需半年，費用幾十萬。用快速鑄造方法，快速成型鑄造熔模3天，鑄造10天，使整個試制任務比原計劃提前了5個月。國內華中科技大學已經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技術快速成型裝備。據悉，已有200多家國內外用戶購買和使用這項技術及裝備，為我國關鍵行業核心產品的快速自主開發提供了有力手段。我國一些鑄造企業應用該技術后，將復雜鑄件的交貨期由傳統的3個月左右縮短到10天左右。我國發動機制造商將大型六缸柴油發動機的缸蓋砂芯研制周期由傳統方法的5個月左右縮短至一周左右。
3結束語
隨著清潔化、節能化、輕量化以及智能化理念的不斷拓展及不斷成為發動機缸體鑄造行業的研發重點，低碳排放、節能低污染、可再生循環利用及可持續發展的發動機缸體綠色鑄造工藝和技術裝備將呈現在世人面前。
