汽车轮毂无冒口砂型铸造
R iserless Sand M ould Ca sti ng of Car Hub
陈言俊,梁如国,张国玲,刘健
(山东大学工程训练中心,山东济南250061)
中国分类号:T G 255;T G 24 文献标识码:B 文章编号:100123814(2004)0720062202
某汽车配件厂采用砂型铸造生产前、后轮毂。

原铸造工艺采用两个冒口,其重量占整个铸件重量的1 2还多。

不但造成了很大的浪费,而且造成清砂及机械加工困难等。

为了解决此问题。

我们采用球铁无冒口铸造工艺,经多次改进和生产试验,达到了预期的目的。

1　铸件的结构特点及原铸造工艺
汽车前、后轮毂是空心圆筒类铸件,壁厚比较均匀,中间有一直立砂芯,内壁散热较慢。

材质为Q T 400215,原铸造工艺(以前轮毂为例)为:铸件大盘向上、底注、最上部放两个明冒口,每个冒口重5kg 以上(如图1)。

原工艺由于冒口大,不仅浪费铁水,而且大盘根部易产生缩松、缩孔等缺陷。

这是因为采用底注时,铸件下部的铁水温度较高,而且铸件顶部冒口处的铁水温度相对较低,不利冒口的补缩。

冒口清理易带肉,造成铸件加工量小,有的成为废品;冒口清不到根,造成加工困难。

后来虽把冒口几经更改(由5kg 改为7kg ,又改为10kg ,而后又改回5kg ),但铸件废品率一直在20%～35%徘徊,有时竟高达40%。

后来,采取了调整化学成分,提高浇注温度,底注快浇,底注慢浇,但都没有从根本上解决问题。

图1　前轮毂原铸造工艺　图2　前轮毂改进后铸造工艺
2　改进的铸造工艺
把原来大盘向上改为大盘朝下,把底注改为阶梯浇注,去掉顶部冒口,改为四个<20mm 的出气孔。

铸件大盘向下,铸件顶部的圆筒适当增加加工余量,使集中于上部的缩孔、缩松、渣子或气孔加工掉。

用出气孔是为了将浇注时型腔内的气体和凝固期间产生的大量气体畅通排出,避免气体聚集产生气孔或进入铸件内形成集中缩孔,或成为分散在树枝晶之间的小孔。

采用阶梯式注入可使金属液先从底部内浇口注入,液流平稳可避免飞溅,当液面上升到一定高度后再从上一层内浇口注入,这样就在铸型不同高度上逐层引进热的金属液,避免了单纯底注时所造成的反向温度分布,从而达到顺序凝固的目的。

另外,铸件大盘在下,底部注入的金属液先冷却,随着金属液面的升高,铸件上部的圆筒结构起到对下部大盘凝固的补缩作用(相当于冒口作用),实际上增大了铸件的垂直补缩距离,使铸件本身产生了自然的顺序凝固,铸件凝固时所产生的缩孔、缩松、气孔(因砂型铸造有水汽)等缺陷都集中在铸件的顶部。

此处因留有较大的加工余量,可以将缺陷切除,获得致密铸件。

此外,为了利用石墨化膨胀,铸型刚性就要增加,这样新工艺就规定了要增加铸型紧实度。

所以,我们提高型砂混砂质量,多用新砂、细纱、适当增加粘土,以提高型砂强度。

在造型中强调增加铸型的紧实度,即使铸型平均硬度不低于75。

3　铁水化学成分
化学成分对无冒口铸造,获得致密铸件也非常重要。

这是因为铁水的碳、硅含量直接影响共晶转变时的石墨析出数量,随着碳当量的增加,共晶石墨的析出量愈多,由于石墨化所引起的膨胀量也就愈大,那么型内的膨胀压力也就急剧上升。

其膨胀压力的增长在有足够刚性的铸型时,有利于消除缩孔缩松。

但碳、硅含量又不能太高,太高又会引起石墨漂浮。

碳硅量偏低流动性不好,石墨化膨胀小。

所以在调整化学成分时,适当提高碳当量、强化孕育。

残余镁量高,白口倾向大,加大了收缩,所以在保证球化的前提下,尽量降低残留镁量。

调整后的化学成分见表1。

表1　调整后的球铁化学成分(质量分数,%)
元素
C
Si
M n
S
P
M g 残R E 残含量范围3.5
～3.92.01～2.4
<0.6
<0.5<0.08
0.03～0.06
0.02～0.04
4　合理的浇注温度和浇注速度
浇注温度主要影响铁水的液态体收缩率,浇注温
度愈高,铁水的液态体收缩率也愈大。

无冒口铸造的最安全浇注温度在1280℃以上能增加补缩能力,但不应
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6 EXPER I M ENT
H ot W ork ing Technology 2004N o .7
不锈钢管制管模的热处理
Hea t Trea t m en t for Sta i n less Steel Tube Daw i ng D ies
樊湘芳,叶江,李国良
(南华大学机械工程学院,湖南衡阳421001)
中图分类号:T G 162.44 文献标识码:B 文章编号:100123814(2004)0720063201
制管模是制作不锈钢管型材必不可少的工具。

图
1是不锈钢管制管模的外形结构,图中R 面为工作面,依D 、H 、L 取值不同有多种规格。

一套模具总数量达50余件,生产过程中,模具分成若干段,每段由一对凸凹模组成,相互衔接,平稳传动,完成制管生产的纵剪、成型、拉延、整形、定径等工序。

被拉制材料为0.3～4mm 的1C r 18N i 9T i 或304不锈钢带,工作温度300～500℃。

图1　圆头扁管模
我国不锈钢管制管模大多采用C r 12M oV 钢制造。

某不锈钢制管厂原采用常规热处理工艺处理C r 12M oV 制管模,模具硬度为60～62HRC ,在使用一段时间后,工作面R 部位多出现凹坑、斑点、白亮带。

现采用自保护膏剂渗硼工艺对C r 12M oV 制管模进行强化处理,渗硼层硬度达1427～1750HV ,基体硬度为60～63HRC ,经一年多时间的使用,制管模表面光亮,未发现磨损迹象,取得了较好的效果,现介绍如下。

1　工艺方法
使用设备:RX 3245212带保护气氛箱式电阻炉。

超过1340℃,以免增加液态收缩。

浇注速度也可加强或削弱顺序凝固,顶注时可采用低的浇注温度和慢的浇注速度(有利于顺序凝固),而底注时则宜采用高的浇注温度和快的浇注速度。

对汽车前、后轮毂而言,因采用阶梯式注入,在保证不出现冷隔的前提下,浇注速度可减慢。

通过以上举措,实现了无冒口砂型铸造,铸件质量稳定。

每个铸件节约铁水10kg 左右,省去了烘干和上涂料等工序,操作方便。

在原来易产生缩松的部位,经探伤,内在质量达到技术要求,总废品率<20%。

收稿日期:2004201205
配制渗硼剂:先将供硼剂B 4C 和活化剂冰晶石按
质量比3∶2配料后,再进行充分混料与研细,然后加入粘结剂(硅酸钾+水,质量比为2∶5)调成膏状。

自保护层涂料:石英粉(150目)+粘结剂(配方同前)。

涂敷工艺:将制管模工作部位去油除锈后手工将渗硼剂敷在工作面部位(厚3～4mm ),用烘箱经70℃×2h 烘干或自然干燥4h 后,再刷涂保护涂料(厚约1mm ),再经90℃×4h 烘干,以防止渗硼加热时涂层开裂。

渗硼工艺:一次预热,550℃保温1～3h ;二次预热,850℃保温1～4h ;然后在保护气氛箱式炉中经950℃保温4～5h 渗硼,再将工件随炉升温至1040℃保温1～2h ,出炉淬入60～80℃热油中,冷至100～
150℃出油空冷至室温,160～180℃回火4h 。

工艺曲
线见图2。

图2　渗硼淬火回火工艺曲线
2　工艺特点
本工艺将渗硼及淬火的加热安排在同一带保护气氛箱式炉中进行,渗硼保温结束后,直接加热到
C r 12M oV 钢常规淬火加热温度,经1
～2h 保温后放入60～80℃热油中冷却,一方面缩短了加热时间,提高了生产效率,同时也避免了二次加热引起的变形量加大现象。

在热油中冷却,可降低应力,进一步减少变形。

本工艺采用硅酸钾水溶液作粘结剂,经试验,按上述方法配制的自保护层涂料可防止模具渗硼时受腐蚀。

常规膏剂渗硼时,用水玻璃作粘接剂,在高温时涂覆层与模具交界面常发生严重腐蚀,从而影响产品质量。

收稿日期:2004202227
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6《热加工工艺》　2004年第7期
经验交流 。