变速箱壳体消失模铸造工艺与缺陷防止

2010 / 6 现代铸铁 变速箱壳体消失模铸造工艺与缺陷防止 李 亮 1，刘兰俊 1，肖超杰 1，万 兵 2，王 鸣 2 （1.合肥工业大学 材料科学与工程学院，安徽 合肥 230009；2.铜陵万象汽车零部件有限公司，安徽 铜陵 244121） 摘要：介绍了汽车变速箱壳体的消失模铸造工艺。为消除铸件缺陷，提出如下措施：（1）使用竹片加固模样，解决模样变 形缺陷；（2）在挂涂烘干后的模样内铺上一层树脂砂改善粘砂缺陷。生产结果表明：变速箱壳体抗拉强度＞200 MPa、（A+ B）型石墨体积分数≥70%、珠光体体积分数≥95%，组织与力学性能均能满足要求。 关键词：消失模铸造工艺；变速箱壳体；缺陷；措施 中图分类号：TG249.5 文献标识码：B 文章编号：1003－8345（2010）06－0053－04 DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2010.06.012 Casting Method and Defects Prevention of Gearbox Housing Produced with Lost-Foam Process LI Liang1，LIU Lan-jun1，XIAO Chao-jie1，WAN Bing2，WANG Ming2 （1.Materials Science and Engineering College，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China；2.Tongling Wanxiang Automobile Parts Co. Ltd.，Tongling 244121，China） Abstract：The lost form casting method of the automobi le gearbox housing was introduced. In order to eliminate casting defects following measures were proposed：（a）using bamboo piece to reinforce the lost form pattern and prevent its deformation；（b）using resin sand-forming layer to cover the surface of the lost form pattern for the purpose to prevent burn- on. The production result showed that the tensile strength of the gearbox housing ＞200 MPa，A+B type graphite ≥70%， pearlite ≥95%，completely meeting the requirements. Key words：lost form pattern casting method；gearbox housing；defect；measures 自 1958 年消失模技术第一次成功应用以 来，就以所生产铸件尺寸精确、表面光洁、成本低 和劳动条件相对较好等一系列优点，在世界各国 得到了迅速推广与应用。20世纪末，消失模技术 在我国得到了快速发展，采用消失模工艺的铸造 企业数量迅猛增加，铸件的产量大幅度增长[1]。根 据国内汽车行业发展的需要，2003 年万象公司 引进了一条万吨消失模生产线，成功应用于生产 汽车壳体类零部件———变速箱，目前已批量稳定 生产。在此，笔者提供一些经验以供同类企业参 考。 1 浇注系统设计 对于消失模铸造，浇注系统设计是一个比较 棘手的问题，由于其安放位置不受砂芯等因素的 干扰，具有很大的自由度，因而不能直接采用传 统铸造工艺的方法。 根据大量理论分析与 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 查阅，笔者试用了 两种浇注系统。第一种：阶梯式浇注（如图 1），金 属液从顶部和底部两个内浇道流入型腔，其两股 液流“冷端”部位会在变速箱壳体侧面汇集，形成 收稿日期：2009-11-13 修定日期：2010－05－28 作者简介：李亮（1986-），男，汉族，安徽蚌埠人，在读硕士研究 生。 消 失 模 铸 造 工 艺 Lost Foam Casting Process 53 现代铸铁 2010 / 6 图 2、图 3所示冷隔类皱皮缺陷。 在相同条件下，合理的直浇道长度以及适宜 的内浇道位置会使产品的合格率大幅提升。因 而，万象公司通过长时间的生产实践，生产变速 箱壳体的浇注系统采用了第二种浇注方式——— 底注式（如图 4）。 图 4中两个内浇道与铸件的内部底面相连， 采用两个内浇道与采用单个浇道相比，既使单个 铸件的浇注时间缩短，也起到了分流的作用，这 样就降低了金属液对壳体底面涂料的冲刷力。其 位置的合理设置可使两股金属液流汇集于铸件 端部，另外在此端部设置冒口用于集渣。 2 其它工艺参数设计 采用目数为 200~270、w（Si）量≥（96±1）%的 Si砂粉。涂料使用桂林 5号铸粉，按 1：10的比例 加水搅拌；手工挂涂，需两层，挂涂完放入50±5 ℃烘房烘 15 ~20 h。雨淋式加砂埋型，采用 1 200 mm×1 000 mm×900 mm规格砂箱，一箱多 件。使用振幅 0.5~1.0 mm、频率 40~80 Hz的三维 振实台振实。用 3 t中频炉熔炼，原材料主要为生 铁、硅铁、锰铁、废钢以及回炉料；金属液在 1 520 ℃左右出炉，用 0.5 t浇包，金属液浇注温度控制 在 1 420~1 480 ℃，为防止反喷现象的发生，对每 一件都采用慢—快—慢的节奏浇注。 3 常见缺陷及解决方法 3.1 模样变形 采用 EPS401为原料，熟化成型制成密度为 20~23 kg/m3、厚 3~5 cm模样。由于模样大且复杂 （图 5），在模样的挂涂、搬运、埋型、振实及浇注 抽真空过程中，易出现变形的情况。针对这一情 况，试用了 3种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ：一是在挂涂烘干后的模样 轮廓外安放加强筋框架，框架结构是使用钢筋焊 接起来的，尺寸与模样配套；二是用粘结剂将泡 沫条粘结到模样强度低的部位，以对其进行强 化；三是使用竹片，挂涂前将竹片使用粘结剂搭 消 失 模 铸 造 工 艺 Lost Foam Casting Process 54 2010 / 6 现代铸铁 接到模样强度相对较低部位的两端。 方案一没有取得很好的成效，部分铸件与加 强筋粘在了一起，造成产品清理困难。方案二中， 浇注时金属液会取代泡沫条的位置，一方面浪费 金属液，另一方面铸件清理工作难度提高，严重 时会造成废件。方案三在厂里已应用有相当长的 一段时间了，效果很好。在变速箱及其它件上都 有应用，每件所用竹片数目根据模样情况而定。 3.2 粘砂 粘砂是金属液渗出涂层与干砂形成的机械 混合物。多出现在铸件的热节、局部结构复杂的 拐角、死角处。消失模工艺生产变速箱壳体产生 粘砂缺陷的原因是多方面的：①涂料层开裂、剥 落，金属液溢出而粘砂；②埋型时，干砂振动紧实 不够，拐角处填不实，金属液冲破涂层而粘砂；③ 涂挂后模样烘干时间不够，模样含水量过高，发 气量增大、强度低，金属液流出涂层而粘砂；④负 压度过低、内浇口引入位置不当，也会使铸件粘 砂；⑤金属液的浇注温度过高或铸件局部结构热 量不易散出而降低涂料的耐火度，造成粘砂[2]；⑥ 涂料本身强度不足造成粘砂；⑦人为操作不当造 成粘砂，等。 根据大量的理论分析，并结合万象公司生产 铸件的实际情况，采用了如下措施：在挂涂烘干后 的模样内铺上一层特配的自硬树脂砂（命名为Ⅰ 型），在铸件拐角、死角处铺厚些。模样做过此种处 理后所浇出的铸件粘砂缺陷有很大改观，在工人 不违规操作的情况下，粘砂缺陷基本可以杜绝。 3.3 碳缺陷 碳缺陷是消失模铸造特有的铸造缺陷，该项 缺陷约占整个铸件缺陷的 50%，在消失模铸铁件 中表现尤为特殊，成为制约消失模技术发展的 “瓶颈”技术[3]。 消失模铸造铸铁件的碳黑缺陷是最常见的 一种碳缺陷，表现为在铸铁件侧面或顶面（有时 在内剖面上）出现黑色的夹杂缺陷[4]。当金属液的 充型速度超过热解产物的气化和排出速度时，在 金属液的表面就会聚集一层未热解或热解不充 分的沥青状粘稠液态[5]。此时若金属液前沿温度 较低，后续金属液的流动会将粘稠液推向铸件的 侧面，最终使得铸件侧面形成细片状或皮屑状碳 缺陷。 影响碳缺陷的因素及对策[6]： ①模样材料：不同的模样材料，w（C）量不 同。可发性聚苯乙烯 EPS的 w（C）量为 92%，聚 甲基丙烯酸甲酯 EPMMA的 w（C）为量 60%，聚 苯乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯共聚物 STMMA 的 w（C）量为 60%~90%。而模料 w（C）量不同，其引 起的发气量不同。因此需选择适宜铸造用的泡沫 塑料，并对其进行处理，如可向泡沫塑料中加入 适量促进气化和组织燃烧裂解的苯醌、甲基紫、 三氯化硼等添加剂。 ②浇注温度与速度：相比于砂型铸造，消失 模铸造铸铁件时温度需提高 30~80 ℃，在确保金 属液流平稳的情况下，加快浇注速度以弥补模样 气化的热损，促使模样残留物和气体逸出。浇注 温度一般控制在 1 420~1 480 ℃，浇注时间 10~ 15 s/件。 ③内浇道位置要合理，根据实际情况，万象公 司对变速箱壳体采用底注式，顶部端面设置冒口。 ④原材料的化学成分：根据每炉的实际情 况，在保证铸件性能与经济性的基础上，配料时 尽量降低 w（C）量。 ⑤型砂的透气性：用 25~30AFS、透气性为 13.5~16.5 cm2/Pa·min的硅砂，砂温≤45 ℃，含水 量≤3%。 ⑥真空度：负压控制在-55~-40 KPa。 4 结束语 一个合格铸件的生产，需要每道工序的合理 配置。在排除人为错误操作的基础上，确保每个 工位都要严格按照工艺流程卡既定参数操作，是 稳定产品合格率的关键。万象公司生产的变速箱 壳体牌号为 HT200，其性能和组织为：抗拉强度＞ 200 MPa、（A+B）型石墨体积分数≥70%（见图 6）、珠光体体积分数≥95%（见图 7），均能满足购 货方的要求。 参 考 文 献 [1]梁光泽.我国实型（消失模）铸造的应用与发展[J].特种铸造及 有色金属，2003，（2）：54-55. [2]李增民，贾国芳，谭建波.消失模铸造铁套防粘砂措施[J].铸造 技术，2009，（1）：106-107. [3]解明国.消失模铸铁件碳缺陷的分析与研究[D].合肥：合肥工 业大学，2004：7-8. 消 失 模 铸 造 工 艺 Lost Foam Casting Process 55 现代铸铁 2010 / 6 消失模铸件夹砂和夹渣缺陷的成因及对策 王林慧 1，张宝庆 2，袁东洲 3，裴虎平 4，王国平 3 （1.山西晋城市春晨兴汇实业公司，山西 晋城 048012；2.郑州机械研究所，河南 郑州 450052；3.晋城市金珂铸业制 造有限公司，山西 晋城 048012；4.晋城市鑫金铸造有限公司，山西 晋城 048012） 摘要：由于在消失模铸造生产过程中涂料层的剥落、开裂和裂纹以及浇注系统封闭不严密等原因将导致砂粒、涂料和夹 杂物随着液体金属进入铸件，是造成铸件夹砂和夹渣缺陷的主要原因。指出提高涂料的强度、耐火度，精心装箱操作，采 用正确的负压浇注工艺参数，集渣挡渣撇渣技术以及铁液过滤、净化技术等，可以减少和消除夹砂、夹渣缺陷。 关键词：消失模铸造；夹砂、夹渣缺陷；对策 中图分类号：TG249.5；TG250.6 文献标识码：B 文章编号：1003－8345（2010）06－0056－03 DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2010.06.013 Sand Inclusion and Slag Inclusion Formation Reasons and Countermeasures of Lost foam Castings WANG Lin-hui1，ZHANG Bao-qing2，YUAN Dong-zhou3，PEI Hu-ping4，WANG Guo-ping3 （1.Chunchen Xinghui Industry Co. Ltd.，Jincheng 048012，China; 2.Zhengzhou Machinery Research Institute，Zhengzhou 450052，China；3.Jinke Foundry Manufacture Co. Ltd.，Jincheng 048012，China; 4.Jincheng Xinjin Foundry Co. Ltd.， Jincheng 048012，China） Abstract: It is the main reasons of sand inclusion and slag inclusion defects formation of castings that the scaling off and cracking of the coating layer as well as the gating system being not properly sealed during the lost foam casting process which causing the sand particles，coating and other impurity inclusions entering the casting together with the molten. It was pointed out that the sand and slag inclusions defects could be reduced and eliminated by adopting correct vacuum pouring parameters，slag collecting and skimming techniques，as well as the molten iron filtering and purifying techniques. Key words: lost foam casting; sand and slag inclusion defects; countermeasure [4]解明国，吴友坤，程贵珠，等.消失模铸铁件碳缺陷的影响因素 及预防措施[J].铸造，2006，（9）：907-908. [5]黄乃瑜，叶升平，樊自田.消失模铸造原理及质量控制[M].武 汉：华中科技大学出版社，2004：193-194. [6]董秀琦，朱丽娟.消失模铸造实用技术[M].北京：机械工业出版 社，2005：310-313. （编辑：王 峰，E-mail：xdzt_wf@fawfc.com； 编审：周 亘，E－mail：zhougen@fawfc.com） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 消 失 模 铸 造 工 艺 Lost Foam Casting Process 56