傳動軸箱體鑄件缺陷分析與防止

黃 政，謝寨川

（重慶大江信達車輛股份有限公司鑄造公司，重慶 401321）

傳動軸箱體鑄件缺陷分析與防止

黃 政，謝寨川

（重慶大江信達車輛股份有限公司鑄造公司，重慶 401321）

針對傳動軸箱體鑄件的縮松、氣孔、尺寸偏差等缺陷問題，分析其產(chǎn)生的原因，通過改變內(nèi)澆道設(shè)置，調(diào)整鐵液的CE量，局部補刷激冷涂料，同時下芯時增加樣板檢查等措施，較好地解決了上述缺陷。

箱體鑄件；縮松；氣孔；尺寸偏差；鑄造工藝

重慶大江信達車輛股份有限公司生產(chǎn)的傳動軸箱體鑄件，其外形近似于回轉(zhuǎn)體（圖1），但鑄件兩端尺寸差異大，大端直徑215mm，小端直徑只有75mm，鑄件長度為260mm，重量8.5kg，材質(zhì)為HT250，鑄件壁厚偏差較大，局部熱節(jié)較多。由于鑄件要進行氣密性檢查，所以要求鑄件的力學(xué)性能好，組織致密，內(nèi)部不允許有影響鑄件密實度的鑄造缺陷。

1 原生產(chǎn)工藝及質(zhì)量狀況

1.1 原工藝簡介

生產(chǎn)線為濕型砂氣沖造型生產(chǎn)線，砂箱內(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)計時采用了一型八件的工藝方案。

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，抗縮松（孔）、滲漏能力強的特點[1]，同時結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)線為水平分型的情況，選用了中注式臥式澆注系統(tǒng)。為了縮短橫澆道，提高工藝出品率，將內(nèi)澆口設(shè)置在鑄件大端的分型面上；為了保證充型平穩(wěn)，每件分別設(shè)置了2個內(nèi)澆口，位于鑄件大端面法蘭處；同時為了盡可能減少孤立熱節(jié)，將兩個凸臺設(shè)置在下箱面。由于砂芯均使用覆膜砂制芯，發(fā)氣量較大，為了減少砂芯的發(fā)氣量，在工藝設(shè)計時，對砂芯進行了減空，并在砂芯的芯頭上設(shè)置了排氣通道，便于砂芯產(chǎn)生的氣體及時排出。原工藝見圖2所示。

1.2 存在的問題

在進行批量生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)，鑄件縮松、氣孔和砂芯旋轉(zhuǎn)缺陷較多，嚴重地影響了產(chǎn)品質(zhì)量。通過統(tǒng)計分析，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中間平面部位，縮松集中在鑄件小端的支撐面，縮松面積約2mm×3mm，深度約1mm（見圖 3）。

2 缺陷原因分析

2.1 縮松缺陷產(chǎn)生的原因

縮松缺陷一般都產(chǎn)生在一些孤立的熱節(jié)部位，而本產(chǎn)品出現(xiàn)的縮松部位相對于相鄰部位比較厚大，缺少補縮通道，因此產(chǎn)生疏松的傾向和可能性較大；同時該部位遠離內(nèi)澆口，鐵液流程較長，鐵液溫度下降較多，鐵液凝固時沒有足夠鐵液補充，造成鑄件在該部位產(chǎn)生縮松缺陷。

2.2 氣孔缺陷產(chǎn)生的原因

箱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，分析認為主要是由于原工藝設(shè)置了兩道內(nèi)澆口，澆注時鐵液在鑄件相對大的平面部位匯流，前期的冷鐵液不能通過溢流冒口順利排出，增大了該部位氣孔產(chǎn)生的幾率，致使在澆注過程中型內(nèi)的氣體不能及時排出鑄型外，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)計合理的排氣系統(tǒng)和合理的澆注系統(tǒng)來解決[2]。

通過提高澆注溫度可以延長鐵液凝固時間，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；但提高澆注溫度，鐵液收縮傾向?qū)⒃龃?，現(xiàn)鑄件已出現(xiàn)疏松缺陷，因此該產(chǎn)品不能采用提高澆注溫度來解決氣孔缺陷。

綜合以上分析，認為只有通過設(shè)置合理的澆注系統(tǒng)，盡量使鐵液平穩(wěn)充填，避免鐵液在鑄件型腔內(nèi)匯流的方法來解決氣孔問題，才是可行的方法。

2.3 尺寸偏差缺陷產(chǎn)生的原因

由于鑄型為濕型砂，為了保證吃砂量，芯頭設(shè)置得較短，雖然在兩端芯頭的下箱各設(shè)置了一個小平臺進行定位，但接觸面較小，在手工下芯時，砂芯不易精確下到位，同時下芯后肉眼不好檢查，致使砂芯旋轉(zhuǎn)不能及時發(fā)現(xiàn)，造成產(chǎn)品報廢。

3 工藝改進

根據(jù)分析，決定采取以下工藝改進措施：

（1）改進內(nèi)澆口設(shè)置

為了避免澆注時鐵液在鑄件中間大平面部位匯流、減短鐵液在鑄件內(nèi)的流程、避免末端鐵液溫度偏低，將內(nèi)澆口從大端面改在鑄件的側(cè)面中間部位；同時，為了保證型腔內(nèi)氣體的流向順暢有序，將大平面上的兩個出氣棒改為一個出氣棒，設(shè)置在內(nèi)澆口中間對應(yīng)位置，出氣棒直徑由6mm改為10mm。根據(jù)均衡凝固理論原則，鑄件澆冒口不能設(shè)計在鑄件熱節(jié)部位，但應(yīng)靠近熱節(jié)部位[4]，該鑄件中間部位壁厚最小，因此將內(nèi)澆口設(shè)置在該部位，也可以降低小端面熱節(jié)部位的縮松傾向（見圖4）。

（2）調(diào)整 CE 量和 w（Si）/w（C）

通過提高CE量，可以減少鐵液收縮傾向，減少縮松，但 w（C）和 w（Si）量也不是越高越好，太高時也會導(dǎo)致疏松引起的滲漏增加；w（Si）/w（C）增大，縮松缺陷也會加大；孕育劑量過大，鑄件極易產(chǎn)生晶間縮松，孕育劑加入量一般控制在0.6%以下[5]。

由于該產(chǎn)品采用的是低合金鑄鐵，經(jīng)過孕育處理后達到HT250牌號的要求，因此原工藝控制的CE 量較高，為 4.0%～4.1%。過高的 w（C）和 w（Si）量，容易導(dǎo)致在鑄件充型的末端熱節(jié)部位出現(xiàn)縮松缺陷，因此決定對化學(xué)成分進行調(diào)整：將CE量由4.0%～4.1%降低為 3.9%～4.0%，并將 w（Si）/w（C）控制在≤0.6，同時將Mn、Cr等阻礙石墨化元素和反石墨化元素控制在客戶要求的中下限，以減少縮松傾向；為了防止孕育過量，將孕育劑加入量控制在0.4%～0.45%。

（3）改進鑄件結(jié)構(gòu)

由于出現(xiàn)縮松的熱節(jié)部位的內(nèi)腔要進行加工，為了減小該部位的熱節(jié)，我們調(diào)整了加工余量，將加工余量由3mm調(diào)低到1.5mm。

（4）加強局部冷卻

對熱節(jié)部位加強局部冷卻的方法有冷鐵、冷卻片（針）、激冷涂料等。由于采用機械化造型，不便于冷鐵的安放和回收，因此不宜采用冷鐵來解決縮松缺陷。而該部位處于鐵液充填的末端部位，在該部位涂刷激冷涂料后，鐵液不會對該部位涂料層過度沖刷，因此我們決定采取局部涂刷激冷涂料的方式，來解決縮松缺陷。

為了避免該部位過冷度過大，造成加工困難的問題，我們在制芯時，先整體浸涂水基石墨涂料，再在該部位涂刷鋯英涂料，提高該處鐵液冷卻速度，減少縮松傾向，具體見圖5。

（5）增設(shè)下芯檢查樣板

為了解決砂芯在下芯過程中旋轉(zhuǎn)造成的尺寸偏差問題，我們制作了一個1000mm×20mm×60mm的平直木樣板，利用型腔中各砂芯上部平直面在一個水平面的原理，對砂芯進行檢查，防止砂芯旋轉(zhuǎn)造成尺寸偏差。

采取以上幾項工藝措施后，通過生產(chǎn)驗證，縮松、氣孔、尺寸偏差等鑄造缺陷均得到有效解決，達到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)束語

對于兩端尺寸差異較大的鑄件，在進行工藝設(shè)計時，應(yīng)盡可能避免鐵液在鑄件型腔內(nèi)匯流；同時選用合適的CE量，加強熱節(jié)部位的局部冷卻，可避免鑄件產(chǎn)生縮松、氣孔；此外，手工下芯時設(shè)制簡易、有效的樣板進行檢查，可以杜絕尺寸偏差缺陷。

[1]黃政.汽車發(fā)動機缸體的鑄造工藝[J].鑄造，2008（10）：1078～1080.

[2]康寬滋.缸體鑄造工藝.現(xiàn)代鑄鐵[J]，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[J].鑄造技術(shù)，2007（7）：1002～1004.

[4]魏兵，袁森，張衛(wèi)華.鑄件均衡凝固技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[5]李連杰，韓振中.缸體缸蓋鑄件縮松缺陷的產(chǎn)生及防止[J].現(xiàn)代鑄鐵，2010（4）：63～66.

Defects Analysis and Preventation Measures of Gear Box

HUANG Zheng，XIE ZhaiChuan
（Foundry Branch Chongqing Dajiang Xinda Vehicle Co.Ltd.，Chongqing 401321，Chongqing China）

To the defects such as shrinkage porosity，gas cavity and dimensional variation with the gear box，upon analysis of cause，by changing the gate runner institution，adjusting the CE quantities of liquid iron，rebrushing the chill coating with some areas，and increasing the templates for inspecting when coring up，the above defects have been resolved.

Gear box；Shrinkage porosity；Gas cavity；Dimensional variation；Casting process

TG245;

A；

1006－9658（2012）01－3

2011－08－31

2011－125

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