国内汽车涡轮增压器铸造技术的发展

1、由于进入发动机燃烧室空气增多 所以允许更多的燃油喷入到发动 机燃烧室使发动机在尺寸不变的 条件下产生更大的功率同时还可 以改善燃烧降低排放和噪音实现 环保节能的作用。 废气涡轮增压技术是提高发 动机功率、经济性和降低发动机 单位功率金属消耗量的有效措施 之一如提高功率30以上降低燃 油消耗20以上并减少尾气排放 和降低噪声。图2为涡轮增压柴 油机系统示意图。 2 国内涡轮增压器应用概况 近20余年来国内涡轮增压技 术广泛用于大中型客车、载重汽车 近几年一些国产中高级轿车也配备 了涡轮增压器如奥迪、帕萨特轿车 等。以帕萨特b5轿车为例1.8t涡轮 国内汽车涡轮增压器铸造技术的发展 增压发动机功率

2、已达到110kw。 吴殿杰机械工业第九设计研究院有限公司 email:13665195889163.com 目前国内中重型车发动机 100轻型车60轿车和微型车 30都已配套增压器。随着技术 摘 要:通过汽车涡轮增压器原理及铸件组成分析介绍国内涡轮增 进步与发展国际化进程加快与增压器应用现状和主要铸造工艺现况并阐述增压器铸造行业的发展趋势。 压器产量增加、环保节能低碳排 关键词: 增压器应用铸造工艺趋势 放的要求大大促进了汽车发动机 的增压配套比例。所以这些增压1 涡轮增压器原理 比率目标将加速实现并加速达到 涡轮增压器是一种利用发动机排气中剩余能量来工作的空气泵。废 国外目前的装备水平即柴油

3、机气驱动涡轮叶轮总成其与压气机叶轮通过中间轴连接增压器原理见如 100增压汽油机增压比率从现在图1。当涡轮增压器转子转动时大量的压缩空气被送到发动机燃烧室里 以20-30加速上升。 图1 增压器原理示意图 图2 涡轮增压柴油机系统示意图 11.1 国内涡轮增压器生产厂家概况 国内涡轮增压器生产厂家近100余家主要厂家见表1。 表1 国内涡轮增压器生产厂家序号 企业名称 配套厂家及产品 1 爱信天津车身零部件有限公司 一汽丰田系列轿车包括商务车suv等。 2 博格华纳汽车零部件宁波有限公司 从乘用车到商用车领域的全系列涡轮增压器。包括audi/vw、deutz、cnhtc等。 j系列的增压器。单

4、台增压器可与15-600kw的各种柴油机匹配主要用于汽车、工程机械、 3 重庆江增机械有限公司abb 发电、船舶等行业。 4 常州朗锐铸造有限公司 为三菱重工、康明斯动力、珀金斯动力、福特、卡特彼勒、标致等主机厂配套增压器。 5 常州瑞盟增压器精密铸造有限公司 主营汽车涡轮增压器涡壳、中间体等精密铸件。 78为一汽车集团、广州风神、上海奇瑞、江西福特、云内动力、朝阳柴油机等31家整车 富奥汽车零部件股份有限公司 6 厂、主机厂配套。实现了向美国、德国、比利时、加拿大、韩国和东南亚等国家oem市场 一汽集团 和散件市场的出口。 霍尼韦尔涡轮增压系统上海有限公司 康明斯、依维柯、朝阳柴油机、广西玉

5、柴、潍柴动力、一汽解放、北京福田等全世界涡轮 7 盖瑞特增压器 增压器市场的40。 小于1升的微型涡轮增压器到大于100升用于商用车辆的超大型涡轮增压器在内的众多应 8 霍尼韦尔武汉 用。这些应用适用于汽油、柴油及混合动力发动机并已推广到全球各个地区。 9 辽宁东方增压器集团公司 重发、济南重型东风、大柴、吉柴、朝柴。 10 衡阳江雁机器有限公司 重型、渭阳、锡柴。 11 宁波威孚天力增压技术有限公司 宽工作转速范围、大扭矩、高功率和满足中、高速乘用车和载重车用发动机的要求。 12 十堰市盖迪特增压器有限公司 先后引进了一批精良的铸造、机械加工、热处理和检测设备为锡柴、玉柴配套增压器。 为天津

6、动力、大连北方柴油机厂、湖南柴油机厂、贵阳柴油机厂、桂林柴油机厂、广东江 13 沈阳黎明增压器制造有限公司 门柴油机厂、浙江新昌柴油机厂、山东富海柴油机厂等大型主机厂配套并出口到俄罗斯、 美国、印度、土耳其、南美、非洲、东南亚等国家和地区。 14 上海菱重增压器有限公司 采用日本三菱重工10-1000kw废气涡轮增压技术专业生产具有国际品质的涡轮增压器。 上海伊铭增压器制造有限公司 j4系列、j5系列、j6系列、j7系列、j8系列、j9系列 j11系列及其各种变型的涡轮增压器性 15 原上海柴油机 能优越质量可靠可广泛应用于汽车、船 舶、电站和工程机械。 帕萨特、奥迪、宝莱、丰田、雷诺、帕杰罗

7、、沃尔沃、尼桑、现代、起亚、三菱、五十 16 上海璟泓增压器有限公司 铃、荣威、宝贝、五菱、奇瑞、瑞风、中华等。 17 沈阳阿尔法增压器有限公司 三菱帕杰罗三菱欧蓝德三菱蓝瑟。 jp及h150s等几十个系列、260多个型号的增压器。单机匹配功率范围20kw-800kw广泛应 18 山东寿光康跃增压器有限公司 用于汽车、工程机械、农用机械、船舶动力、发电机组等领域。公司已为潍柴动力、一汽 大柴、一汽锡柴、东风朝柴、玉柴、北汽福田、云内和天津珀金斯、上柴等配套。 19 潍坊富士达增压系统有限公司 为潍柴、东南亚、欧美等国家配套。 20 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 已占据国内中重功率主机配套市场

8、近一半的市场份额。 21 无锡格美特增压器有限公司 锡柴、玉柴、康明斯增压器。 22 无锡威孚英特迈增压技术有限公司 2-6缸5-15l发动机、年产量100万台涡轮增压器。 采用硅溶胶、中温蜡制作工艺生产涡轮叶轮产品以及低压铸造方式生产压气机叶轮。中温 蜡采用美国c-m group生产的涡轮叶轮专用中温蜡高温母合金采用北京安泰科技原北京钢 23 无锡瑞昌精密铸造有限公司 铁总院、北京北冶功能材料有限公司原北京首钢冶金研究院、北航生产的k418k18c、 k213k13高温母合金。公司月生产能力达到涡轮叶轮6万套压气机叶轮3万套。 disa线、水平分型线.年产6000t涡轮壳为无锡康明斯、上海霍

9、尼韦尔和宁波博格华纳以及 24 无锡烨隆精密机械有限公司 上柴、无锡威孚和北汽福田配套增压器铸件毛坯。 汽车增压器、船舶增压器、发电机组增压器等的涡轮叶轮、压气机叶轮航空轮船动力用涡 轮叶片、喷嘴环等精密铸件航空动力涡喷发动机涡轮叶轮、甩油盘燃气轮机、汽轮机涡轮 25 潍坊立精精密铸造有限公司 叶片等动力设备用精密铸件产品材料主要包括:镍基高温合金铸造高温合金以及变形高温 合金、铁基高温合金、钴基高温合金、耐热耐蚀不锈钢等。 增压器涡轮叶轮、压气机叶轮专业生产厂家。设备有台湾生产的全自动免缸压蜡机、美国 26 潍坊韩泰精密铸造有限公司 制造的水喷砂机、制壳流水线、高效真空熔化浇铸炉、全自动大型

10、热处理炉、铝合金低压 浇铸机等。 27 浙江瑞安奥凯嘉集团有限公司 大连柴油机、无锡柴油机、朝阳柴油机配套增压器。 28 浙江温岭市荣发动力有限公司 为北内、玉柴等主机厂配套也已销往欧洲、美洲、东南亚等地区。 康明斯福特全顺嘉年华沃尔沃奥迪大众帕萨特依维柯马自达三菱现代雷诺丰田五十铃菲亚 29 浙江巨峰汽车零部件有限公司 特切诺基等车配套增压器。 30 浙江奥凯嘉集团有限公司 一汽解放公司柴油机厂配套增压器。 22.2 国内涡轮增压器的铸造生产技 现了涡轮壳发泡模具的快速制造。 2.2.4 涡轮术现况 目前薄壳球墨铸铁增压器涡 材料为镍基合金。毛坯生产 国内铸造生产技术状况主要 轮壳铸造工艺采

11、用中心分型对于 多采用石蜡精密铸造工艺和真空表现在6个零件的铸造工艺上。 侧面透门不在一个平面不易分型 感应熔化浇注工艺。2.2.1 压气机壳 的情况在工艺分析时采用曲面吊 无锡瑞昌精密铸造有限公司采 压气机壳材料多为铝合金。 胎法分型采用重要法兰面朝下封 用硅溶胶石蜡精密铸造、中温蜡制毛坯生产通常采用树脂自硬砂工 闭底部多点式浇注系统在三维模 作工艺生产涡轮叶轮产品中温蜡采艺或金属型重力浇注工艺也有的 型设计基础上通过仿真模拟软件 用美国c-m group生产的涡轮叶轮专厂家采用湿型砂工艺。 选择模拟需要参数建立充型凝固 用中温蜡高温母合金采用北京安泰 无锡瑞昌精密铸造有限公司 过程模拟。

12、科技原北京钢铁总院、北京北冶用低压铸造方式生产压气机叶轮。 在造型采用常规呋喃树脂砂 功能材料有限公司原北京首钢冶金 研究院、北航生产的k418k18c、 无锡市某铸造公司采用重力 工艺的铸造企业制芯利用三维模 k213k13高温母合金。浇注机、wfx400a多工位机器人 型设计、设计制作和使用与砂芯 博格华纳制造的适于1050自动浇注机、wfrz-kw150压壳 接近的专用芯骨同时对气腔、水 高温的涡轮叶轮是从一种在真空浇铸系统生产铝合金压气机壳同 腔、油腔砂芯使用陶瓷丸砂宝珠 熔化和铸造的具有高温强度的镍时配有壳芯机、抛丸机、五轴加 砂加pepset树脂/固化剂制作砂芯 基合金中制造出来的

13、。工中心及各类钻攻中心、进口数 芯骨周围的砂层强度达到1.2mpa 2.2.5 中间体控机床、清洗机等检测设备主要 以上并按照芯盒内已经标记的位 国内增压器中间体材料以灰brown sharp三座标测量机、arl 置放置专用排气通道。 铁为主。毛坯的生产方法通常为光谱分析仪、x光探测仪、万能试 熔化多采用中频炉采用冲入 湿型砂工艺或树脂自硬砂工艺。验机、金相分析仪等。 法球化孕育浇注温度13601390 有的厂家采用壳型壳芯覆膜2.2.2 涡轮壳 浇注时间23min。 砂工艺材质为ht250。 涡轮壳体材料为球墨铸铁高 涡轮壳铸造也有采用湿型砂 溧阳万盛铸造有限公司有2套镍奥氏体、铁素体球墨铸

14、铁。铸 高压造型工艺和水平分型脱箱造 完整的覆膜砂生产和检测设备采造工艺通常为消失模工艺、湿型 型工艺方案这要根据产品及技术 用壳型机和射芯机以及容量500公砂工艺或树脂自硬砂工艺。 储备情况而定。 斤中频电炉4套生产涡轮增压器涡 涡轮壳体是增压器的关键零 2.2.3 叶轮 轮壳和中间体铸件。件 其气道形状显著影响节能及尾 压气机叶轮材料为铝合金形 增压器喷嘴环目前工艺为整气处理效果。根据其结构特点并 状复杂难于起模。国内通常采用 体精密铸造工艺。综合考虑成本和质量要求 消失 硅溶胶石膏模精铸生产线来生产 综上所述涡轮增压器5种铸模铸造是其最佳生产工艺之一。 并已具备成熟经验。 件毛坯的生产工

15、艺汇总见表2。涡轮壳消失模铸造的关键是其发泡模具的制造。由于其外形和气 表2 涡轮增压器5种铸件毛坯的主要材质和铸造工艺道形状均十分复杂 采用传统的木 序号 零件 材质 工艺设备模铸造工艺 难以保证发泡模具的 消失模工艺；树脂自硬砂工艺；湿型砂高压造型工质量 采用ncnumerical control加 1 涡轮壳 球墨铸铁 艺；铁型腹砂；覆膜砂壳型工和电火花加工则周期长、成本 2 压气机壳 铝合金 树脂自硬砂工艺；金属型重力浇注工艺；低压铸造高。为此 部分厂家在三维造型基 3 中间体 灰口铸铁 树脂自硬砂工艺；湿型砂高压造型工艺；覆膜砂壳型础上 基于lom模laminated object

16、4 压气机叶轮 铝合金 硅溶胶石膏模精铸工艺manufacturinglom又称叠层实体铸 5 涡轮及喷嘴环 镍基合金 石蜡精密铸造工艺、真空熔炼造 采用转移涂料精确铸造工艺 实 33 国内涡轮增压器铸造新技 一种强度、塑韧性高于灰铸铁铸 机械损失减小20左右。这种结 术发展 造性能优于球墨铸铁具有优良的 构特点使发动机的紧急停车无水3.1 发动机涡轮增压器应用趋势 耐热疲劳性能和导热性。是增压 冷却时轴承壳体的温升也比较小 近日工业信息部制定了“工 器涡轮壳的理想材料。研制难点 减少了结焦的隐患。业节能十二五规划”力推涡轮增 是必须解决蠕化率和蠕化工艺范 博格华纳和无锡申达铸造有压其中内燃机

17、系统节能工程提到 围太窄问题。由于蠕墨铸铁对球 限公司采用铁型覆砂无冒口铸造采用先进的内燃机制造工艺及材 化剂和孕育剂都十分敏感。蠕化 技术生产硅钼铁素体球铁增压器料优化整机与配套机械的匹配技 剂加入量范围约在0.004只要 涡轮壳铸件尺寸精度、表面和内术大力推广废气涡轮增压技术重 减少0.001就会产生片状石墨。 在质量均有明显提高。点支持电控燃油高压喷射系统、 现在某厂家在研究国内外成功经 也有铸造厂家使用覆膜砂壳高效增压器和关键零部件产业的 验基础上创新一种新工艺就是加 型组合成型后置于湿型砂型定位发展。到2015年内燃机产品燃油 入fesimg合金方法并通过严格控 浇注的生产方式生产耐高温耐腐消耗率比2010年降低10投放市 制铁水中残留mg的狭小范围mg含 蚀铁素体球墨铸铁涡轮壳。场的节能型内燃机产品占市场保 量约为0.0