離合器殼體鑄造缺陷分析與改進(jìn)

黃 政（重慶大江信達(dá)車輛股份有限公司鑄造公司，重慶 401321）

離合器殼體鑄造缺陷分析與改進(jìn)

黃 政（重慶大江信達(dá)車輛股份有限公司鑄造公司，重慶 401321）

針對離合器殼體鑄件的氣孔、砂眼、斷芯等缺陷問題，分析其產(chǎn)生的原因，主要是由于工藝設(shè)計(jì)不完善造成的。通過對原鑄造工藝進(jìn)行改進(jìn)，采取對各砂芯分別設(shè)置排氣通道、制芯時(shí)在細(xì)長芯頭部位置入鐵芯骨、改變芯頭結(jié)構(gòu)避免外型出現(xiàn)較深的溝槽，較好地解決了離合器殼體一型四件生產(chǎn)時(shí)的氣孔、砂眼、裂紋缺陷，使產(chǎn)品合格率得到了明顯提高，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

殼體；氣孔；砂眼；鑄造工藝

我公司為某單位生產(chǎn)的離合器殼體鑄件，內(nèi)腔形狀復(fù)雜，鑄件最大外形尺寸為363mm×384mm×220mm，重量18kg，材質(zhì)為HT250。鑄件最小壁厚5mm，并要進(jìn)行氣密性檢查，所以要求鑄件的力學(xué)性能好，組織致密，內(nèi)部不允許有鑄造缺陷，屬于典型的復(fù)雜薄壁鑄件。

1 原生產(chǎn)工藝及質(zhì)量狀況

1.1 原工藝簡介

我公司采用的是濕型砂氣沖造型，砂箱尺寸較大，其內(nèi)口尺寸為 1200mm×800mm×（350/350）mm。為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，我們設(shè)計(jì)時(shí)采用了一型四件的工藝方案。

由于中注式澆注系統(tǒng)具有充型平穩(wěn)，鐵液對砂芯的浮力較小，抗氣孔、夾渣能力強(qiáng)，抗縮松（孔）、滲漏能力強(qiáng)的特點(diǎn)[1]，同時(shí)結(jié)合我公司生產(chǎn)線為水平分型式的情況，選用了中注式臥澆澆注系統(tǒng)，將內(nèi)澆道設(shè)置在分型面上，為了保證充型平穩(wěn)，每件分別設(shè)置了3個(gè)內(nèi)澆道。由于砂芯均使用覆膜砂制芯，砂芯發(fā)氣量較大，為了減少砂芯的發(fā)氣量，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，對砂芯進(jìn)行了減空，并在砂芯的芯頭上設(shè)置了排氣通道，便于砂芯產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出；同時(shí)為了將前期的冷鐵液溢出，在鑄件頂端面的法蘭位置設(shè)置了溢流冒口，并在冒口上安放了出氣棒，便于澆注時(shí)將型內(nèi)的氣體及時(shí)排出，同時(shí)在鑄件底端面的最高部位設(shè)置了出氣片；為了增大排氣面積，有利于型內(nèi)的氣體及時(shí)排出，還在上箱面的所有凸臺上均安放了出氣棒。原工藝具體見圖1。

圖1 原工藝方案

1.2 存在的問題

在進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鑄件氣孔、砂眼和斷芯缺陷較多，嚴(yán)重地影響了產(chǎn)品質(zhì)量。通過統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)生的部位有一定的規(guī)律性，氣孔主要集中在鑄件底端面最高部位處（即出氣片的根部），斷芯主要在兩個(gè)砂芯相連的三個(gè)工藝孔芯頭處，而砂眼主要集中在鑄件頂端面的法蘭位置。具體見圖2。

圖2 砂眼位置示意圖

2 原因分析

2.1 氣孔缺陷產(chǎn)生的原因分析

由于殼體類鑄件的氣孔大多數(shù)是侵入性氣孔，根據(jù)氣孔產(chǎn)生的部位，分析認(rèn)為主要是由于使用的砂芯均為覆膜砂芯，砂芯發(fā)氣量大，原工藝設(shè)置的排氣通道橫截面面積不夠，致使在澆注過程中型內(nèi)的氣體不能及時(shí)排出鑄型外，形成氣孔。

預(yù)防侵入性氣孔一般采取控制型（芯）造型材料的發(fā)氣量，設(shè)計(jì)合理的排氣系統(tǒng)和合理的澆注系統(tǒng)來解決[2]。

由于我公司采用的是濕型砂造型，如果將型砂水分控制過低，必將影響型砂的濕強(qiáng)度，容易造成澆注時(shí)沖砂，使鑄件砂眼缺陷進(jìn)一步增加，因此不能通過過分降低型砂水分來降低砂型的發(fā)氣量。如果降低砂芯的發(fā)氣量，需減少樹脂的加入量，必將影響砂芯強(qiáng)度，現(xiàn)產(chǎn)品本身就存在斷芯的問題，所以也不能采取減少覆膜砂中樹脂的加入量來解決氣孔缺陷。通過提高澆注溫度可以延長鐵液凝固時(shí)間，有利于已侵入的氣體能在鐵液未形成硬殼前溢出[3]，可以減少氣孔發(fā)生的幾率，但同時(shí)延長了砂芯承受鐵液浮力的時(shí)間，增加了砂芯漂移的幾率，不易保證鑄件尺寸精度，易造成試壓時(shí)鑄件滲漏，因此此方法也不可行。

綜合以上分析，認(rèn)為只有通過采取增大型腔的排氣通道，設(shè)置合理的澆注系統(tǒng)，盡量使鐵液平穩(wěn)充填的方法來解決氣孔問題，才是可行的方法。

2.2 砂眼缺陷產(chǎn)生的原因分析

從砂眼的形成機(jī)理分析，砂眼是由于金屬液從砂型型腔表面沖下來的砂粒（塊），或者造型、合箱操作中落入型腔內(nèi)的砂粒（塊），在澆注時(shí)來不及浮入橫澆道或冒口排氣針頂部，留在鑄件內(nèi)部或表面而造成的[4]。

由于我公司采取的是生產(chǎn)線造型、合箱，下芯采用專用下芯吊具下芯，因此造型、下芯、合箱時(shí)落入砂粒（塊）型腔內(nèi)的幾率較?。欢F(xiàn)產(chǎn)品砂眼出現(xiàn)的部位較集中，主要在鑄件頂端面的法蘭位置，該部位鑄件較厚大，且靠近砂箱壁，故認(rèn)為不是該原因造成的砂眼缺陷。

由于氣沖造型機(jī)靠氣流沖擊緊實(shí)，在模具溝槽部位易搭橋，使得砂型緊實(shí)度受到較大的影響，因此砂型靠近箱壁部位緊實(shí)度較差，澆注時(shí)經(jīng)不起鐵液沖刷，易出現(xiàn)砂眼缺陷。通過用砂型硬度計(jì)對易出現(xiàn)砂眼部位的砂型立面進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)其硬度只有50~60，低于工藝要求的70以上。

綜合以上分析，認(rèn)為該部位緊實(shí)度差是造成該部位砂眼較多的主要原因。由于提高該部位的緊實(shí)度較困難，而改變砂型的布置也不可能，因此通過改變砂芯結(jié)構(gòu)，采用砂芯來形成鑄件該立面來解決砂眼問題，是現(xiàn)有條件下較理想的辦法。

2.3 斷芯缺陷產(chǎn)生的原因分析

由于斷芯主要出現(xiàn)在兩個(gè)砂芯相連的三個(gè)工藝孔芯頭處，且都是凸芯頭斷裂，因此認(rèn)為是由于砂芯質(zhì)量較大，兩個(gè)砂芯都是懸臂芯，靠中間三個(gè)工藝孔芯頭連成一個(gè)整體，而三個(gè)工藝孔芯頭較小，致使砂芯在該部位的強(qiáng)度不夠，造成砂芯從該處斷裂。

由于采用的是覆膜砂芯，如果要增加砂芯的強(qiáng)度，就需采用高強(qiáng)度的覆膜砂，這將增加生產(chǎn)成本，同時(shí)砂芯發(fā)氣量增大，加大了鑄件出現(xiàn)氣孔的幾率，因此通過提高覆膜砂的強(qiáng)度，來提高砂芯的強(qiáng)度方法不可行。采取安放芯撐的方法可以解決斷芯缺陷，但如果芯撐融合不好，試壓時(shí)易滲漏。

通過以上分析，認(rèn)為在制芯時(shí)在三個(gè)工藝孔芯頭處，加入鐵芯骨來提高芯頭部位的強(qiáng)度，是解決該問題的最好辦法。

3 工藝改進(jìn)

（1）增加砂芯的排氣通道

由于原工藝設(shè)計(jì)的是兩個(gè)砂芯共用一個(gè)排氣通道，砂芯產(chǎn)生的氣體不能及時(shí)排出，侵入鑄件后形成氣孔，且相鄰兩個(gè)件相互影響。為了解決該問題，采取每個(gè)砂芯分別設(shè)置排氣通道，且將排氣孔設(shè)置在砂芯的最高位置，確保砂芯產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出。具體見圖3。

圖3 增加砂芯的排氣通道

（2）增大2#砂芯的芯頭尺寸

由于原工藝設(shè)計(jì)時(shí)，2#砂芯的芯頭尺寸較小，鑄件頂端面的法蘭立面由外型形成，由于該處砂型緊實(shí)度較低，澆注時(shí)鐵液易將砂型的表面沖刷掉，形成砂眼缺陷。現(xiàn)增大2#砂芯的芯頭尺寸（如圖4），讓鑄件頂端面的法蘭由砂芯形成，砂芯的表面硬度較高，澆注時(shí)鐵液不會(huì)將砂芯的表面沖刷掉，從而避免砂眼缺陷。

圖4 增大2#砂芯的芯頭尺寸

（3）砂芯工藝孔芯頭處增設(shè)芯骨

為了提高工藝孔處凸芯頭的強(qiáng)度，在凸芯頭中安放了鐵芯骨（圖5）。由于砂芯是熱芯盒制芯，先在形成該砂芯的2#芯盒模具中制作?10mm的孔，制芯前時(shí)先將鐵芯骨放入孔中，制芯后鐵芯骨包裹在砂芯中；同時(shí)在1#芯盒中相對應(yīng)位置制作?12mm的凸臺，制芯后砂芯形成?12mm的孔，組芯前先在1#的孔中注入適量的粘接劑，然后再組芯，組芯時(shí)2#芯中的鐵芯骨插入1#的孔中，鐵芯骨與1#芯粘接在一起，從而提高了該處芯頭的強(qiáng)度，避免了砂芯斷裂。

圖5 砂芯工藝孔芯頭處增設(shè)芯骨

以上三項(xiàng)工藝措施采取后，通過生產(chǎn)驗(yàn)證，完全消除了斷芯缺陷，鑄件砂眼、氣孔缺陷的報(bào)廢率也有了較大幅度的降低，達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)束語

對于殼體類鑄件，由于砂芯尺寸較大，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)：可以考慮通過增設(shè)鐵芯骨的方式來確保細(xì)長芯頭的強(qiáng)度；適當(dāng)設(shè)置排氣通道，確保澆注過程中鑄件的排氣通暢，避免鑄件產(chǎn)生氣孔；同時(shí)從工藝上避免外型出現(xiàn)局部較深的溝槽。本案例在一型四件的情況下生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，提高了生產(chǎn)效率。

[1] 黃政.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的鑄造工藝.鑄造，2008（10）1078-1080.

[2] 康寬滋.缸體鑄造工藝.現(xiàn)代鑄鐵，2007（5）13-17.

[3] 劉紹忠.液壓泵殼體氣孔缺陷產(chǎn)生原因與防止措施.鑄造技術(shù)，2007（7）1002-1004.

[4] 林家廣.微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱砂孔缺陷的分析與消除.鑄造工程，2008（5）19-20.

Analysis and Improvement on Clutch Case's Casting Defects

HUANG Zheng
（Casting Branch Chongqing Dajiang Xingda Vehicle Co.Ltd.，Chongqing 401321，Chongqing China）

By analyzing the defects such as gas blow,sand explosion and core-fracture of clutch case castings,the non-perfect process design has been proved to be its main reason.Improvment on the former casting process such as setting up exhaust passage for each sand core and iron core rod in the core print of long thin core and changing the structure of core print to avoid the external mould from deep groove have made the defects of clutch case with one mould four pieces parts be better resolved with obviously increased qualified productivity and better economic benefit.

Shell；Air hole；Sand explosion；Foundry technology

TG 245；

B

1006-9658（2011）01-3

2010－08－20

2010－122

黃政（1967-），男，工程師，現(xiàn)主要從事鑄造工藝設(shè)計(jì)方面的工作