離合器殼體鑄造工藝設計與改進范文

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摘要：離合器殼體屬于重型汽車變速器的重要部件，是球墨鑄鐵件，牌號1E0596A（QT600-3）.由于受結構所限，其熱節分散排布，且離冒口位置較遠，補縮通道不通暢，容易產生縮松缺陷。初步設計鑄造工藝方案，生產后進行切片解剖驗證，發現在冒口對面的鑄件熱節斷面處存在縮松缺陷，且區域面積較大。通過在縮松部位的鑄件頂部加發熱冒口和粗排氣針，并調整以前的過共晶鐵水為共晶鐵水，同時對鑄造工藝進行改進，解決了鑄件內部的縮松缺陷。

關鍵詞：球墨鑄鐵；縮松；鑄件熱節；發熱冒口；鑄造工藝

離合器殼體屬于重型汽車變速器的重要部件，重量為20.5kg，牌號為1E0596A（QT600-3），結構復雜，壁厚相差較大（最薄處只有5.5mm，最厚處有22mm），鑄件孤立的熱節處易產生縮孔縮松缺陷，鑄件輪廓尺寸如圖1所示。鑄件要求使用X射線探傷，要求球化率≥80%，石墨球數大于100mm2，磷共晶、自由碳化物總共不超過2%，且要求均勻分布，不能呈大塊狀聚集，或連成網狀。鑄件本體機械性能要求：抗拉強度≥520MPa，屈服強度≥345MPa，延伸率≥3%，硬度（HB）為187~255，化學成分為：ω（C）3.5%~.9%、ω（Si）2.0%~2.8%、ω（Mn）0.3%~0.6%、ω（P）≤0.06%、ω（S）≤0.025%、ω（Ti）≤0.025%、ω（Cu）0.5%~0.6%.

1原鑄造工藝方案分析

初步工藝設計方案如圖2所示，濕砂造型，箱重約為37kg，鑄件大平面為分型面，鑄件大部分位于下箱，鐵水從鑄件芯子同一側的兩個內澆口澆注并設置熱冒口進行補縮，澆注系統采用的是封閉-開放式，鐵水通過直、橫澆道后進入熱冒口，在橫澆道設置過濾塊來阻止渣子進入型腔，并在上芯頭設置三根排氣針保證砂芯排氣通暢。鑄件第一次試制（一包鐵水，13箱鑄件）時切片解剖了其中三件鑄件，切片解剖的間隔為15mm~20mm，如圖3所示。結果發現三件鑄件都是在相同的位置處有縮松缺陷，并且是在遠離澆冒口的一側，該缺陷位于圖4所示的凹槽內。分析產生縮松缺陷的原因為，鑄件熱節周圈分布，熱冒口只能補縮鑄件的一側，另外一側的熱節補縮距離太遠，球墨鑄鐵件屬于內生-糊狀凝固，處于糊狀凝固的球墨鑄鐵，共晶團之間的液體通道非常的窄和細，液體難以進行補縮，若得不到冒口的有效補縮，則共晶團之間的液體凝固時由于得不到補縮而形成縮松。

2優化熔煉和工藝設計

資料表明，通過調整鐵水的共晶度，使寬結晶溫度范圍的鐵水轉變為窄結晶溫度范圍的鐵水，更有利于鑄件結晶時形成逐層凝固，當共晶度為1時，球鐵鐵水凝固溫度范圍可控制在40℃以內，能有效減輕鑄件出現縮孔的幾率。在試制離合器殼體鑄件的過程中，采用了共晶度為1的鐵水。理論上縮松是由于液態收縮和凝固收縮大于固態收縮，合金的結晶溫度范圍較寬，傾向于體積凝固方式而產生的，鑄鐵液態冷卻時要產生體積收縮，凝固時析出石墨又產生體積膨脹。均衡凝固是利用膨脹和收縮動態疊加的自補縮和澆冒系統的外部補縮，使單位時間的收縮與膨脹、收縮與補縮按比例進行的一種凝固工藝原則。工藝方面采取的第一次改進措施，是在縮松位置的鑄件上表面做出寬10mm和高10mm的自帶槽，如圖2b）所示，目的是減小該處的熱節，此外在縮松缺陷的鑄件上表面設置了6根粗排氣柱。而且因為鑄件的充型速度較慢，故加大了內澆口的面積，同時嚴格控制澆注溫度進行了第 二次試制，同樣解剖其中的三件鑄件，發現在熱節處依然有縮松缺陷。分析原因：在鑄件的此位置處出現縮松，說明原工藝方案的兩個熱冒口不能保證鑄件補縮需要，故要提高冒口的補縮能力，需要采用特殊的冒口，且冒口本身要求在同樣或相當尺寸下冒口模數要足夠大，因此第二次改進采用保溫發熱冒口的方案，選用亞世科的KS61C保溫發熱冒口，冒口模數為1.7cm，一型放置兩個保溫發熱冒口，位置在鑄件孤立熱節的正上方，優化工藝后的方案如圖5所示，在放置保溫發熱冒口的同時嚴格控制澆注溫度，進行第三次工藝試驗。

3生產驗證

確定新工藝方案之后，鑄件第三次試制，共生產兩包鐵水的鑄件（24件）進行工藝驗證，選擇每一包鐵水中的前中后各三件鑄件進行試加工和切片解剖，未發現縮松缺陷，鑄件試加工后結果如圖6所示，對試加工后的鑄件進行X射線探傷，鑄件也均未發現縮松缺陷，說明采用此次改進方案的效果良好，繼續跟蹤發送到客戶的鑄件后續的加工情況，證明之前存在的縮松缺陷已經得到徹底解決，產品質量得到了很大的提升而且能達到穩定生產。

4結論

1）調整鐵水的共晶度為1，是解決球鐵鑄件縮孔和縮松以及增加鐵水流動性的關鍵技術；2）對于遠離冒口孤立的熱節，受結構所限無法及時補縮，應采用保溫發熱冒口來解決此處熱節處的縮松缺陷，保溫發熱冒口可以使鑄件冷卻溫度趨于平緩一致，解決孤立熱節的補縮問題。而且采用保溫發熱冒口后，可以顯著提高鑄件的工藝出品率。通過采取上述工藝改進措施，離合器殼體的鑄造工藝方案得到了完善，產品質量也有了很大提升，鑄件內部的缺陷得到消除。

參考文獻：

［1］魏兵，袁森，張衛華.鑄件均衡凝固技術及其應用［M］.北京：機械工業出版社，1998.

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［3］崔忠圻.金屬學與熱處理［M］.北京：機械工業出版社，2000.

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［5］中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊［M］.北京：機械工業出版社，2003.

作者：王楷 單位：太重集團榆次液壓工業有限公司