冷激合金鑄鐵凸輪軸負壓工藝的試驗

李國良，費選廷，王建康，李 丹

（山西達康鑄業(yè)有限公司，山西 運城 043300）

轎車凸輪軸在生產(chǎn)過程中存在這樣一些問題：1）工藝出品率低（65%左右）；2）經(jīng)常出現(xiàn)許多鑄造缺陷：如裂紋、機加工面的白口傾向、夾砂、氣孔、激冷層不符合要求等；3）由于分型面的存在，圓度不圓，加工余量大，打磨工藝繁瑣，勞動強度大；4）效率低，能耗高，生產(chǎn)周期長，勞動環(huán)境差等。針對這些問題決定進行凸輪軸負壓工藝的試驗。

1 目前冷激合金鑄鐵凸輪軸生產(chǎn)工藝的現(xiàn)狀分析

據(jù)初步了解全國生產(chǎn)凸輪軸的廠家很多，有近300余家，其中轎車用凸輪軸的生產(chǎn)廠家僅占10多家，生產(chǎn)水平主要以中汽成都配件有限公司為代表（原成都汽車配件總廠），是中國汽車工業(yè)總公司直屬大型二級企業(yè)，系國家定點生產(chǎn)各型發(fā)動機凸輪軸以及車輪的專業(yè)化公司。始建于1951年，現(xiàn)已形成年產(chǎn)65萬支汽車凸輪軸和30萬套車輪的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量、品種和檢測手段均居全國同行業(yè)首位，產(chǎn)品多次榮獲國家機械部和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品稱號和質(zhì)量獎。

其次是中匯汽車零部件有限公司，實際年生產(chǎn)能力120萬只，還有溫州冠順汽配凸輪軸制造有限公司、溫州市嘉銘凸輪軸有限公司；溫州的這兩家公司均以機加工為主，據(jù)初步了解中匯公司同成都中汽是我國轎車凸輪軸生產(chǎn)具有代表性的生產(chǎn)廠，我們以這兩家為參照物是符合現(xiàn)實的，他們均采用了兩種生產(chǎn)工藝，即：覆膜砂工藝和生產(chǎn)線潮模砂工藝，覆膜砂工藝是最為傳統(tǒng)的工藝，生產(chǎn)成本高，工藝繁瑣，工藝流程如圖1.生產(chǎn)線潮模砂工藝是近90年代我國剛發(fā)展起來的較為先進的工藝，工藝流程如圖2，它的生產(chǎn)成本較前者低，但此工藝也沒有改變后續(xù)打磨工藝的繁瑣性，對于凸輪軸重量很小的特點，每箱僅有4根，鑄型輸送速率120箱/h（中匯），僅生產(chǎn)鑄件1.2t，最大能量480根/h，單班產(chǎn)能9.6 t，實屬大馬拉小車，龐大的設(shè)備負荷率太低，所以實際生產(chǎn)成本比覆膜砂降低的也不盡如意，（由于潮模砂各種附加物會導(dǎo)致各種鑄造缺陷，過程控制要求嚴格，設(shè)備維護費用較大）；并且生產(chǎn)線投入較大（一條線大約在1800萬元左右）。

圖1 覆膜砂工藝

圖2 潮膜砂生產(chǎn)工藝

以上兩種工藝后續(xù)打磨工藝嚴重制約生產(chǎn)效率，勞動強度大，生產(chǎn)環(huán)境差，很小重量的鑄件4只/箱，澆注系統(tǒng)幾乎等于鑄件的重量，所以，工藝出品率在65%左右；若廢品率不盡如意的情況下，工藝出品率會更低。

鑒于上述情況，本人縱觀了我國各種鑄造方法的優(yōu)劣性，提出了負壓鑄造冷激合金凸輪軸的工藝設(shè)想，旨在實現(xiàn)一箱多鑄提高工藝出品率，提高生產(chǎn)率，簡化工藝程序，縮短生產(chǎn)周期，降低勞動強度，同時增強工藝的科學(xué)性、環(huán)保性，進而實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化。此工藝的實驗歷經(jīng)了近1年6個月的精心探求，經(jīng)過了多次的實驗，最終我們在實驗條件很不成熟的艱難條件下，在兄弟單位的全力支持下，取得了實驗的進展，用事實證明了這一工藝的可行性。

2 實驗?zāi)康?/h2>

驗證負壓消失模工藝對鑄件的形成有何影響；驗證激冷效果，負壓工藝是否可以達到激冷層7mm～9mm的要求；驗證各項機械性能指標(biāo)是否達到相關(guān)要求。

3 凸輪軸消失模負壓工藝

1）擬定的消失模生產(chǎn)工藝如圖3所示。

2）消失模冷激合金鑄鐵凸輪軸的工藝試驗。

（1） 原材料：Q 10低碳廢鋼 ω （C）=0.25%，75 S i F e，65 M n F e，65高碳 C r，C u.

Q 10的化學(xué)成分：ω （C）=4.45%，ω（S i）=0.8%～1.0%，ω（M n）=0.21%.

（2） 原料配比：Q 10：70%，廢鋼：30%，75 S i F e：1.6%，65 M n F e：1.15%，ω（C r）=0.6%，ω（C u）=0.8%.

（3）加料順序要求：C r、C u直接隨爐料加入，75 S i F e出爐前10m i n鐘加入，65 M n F e出爐前7min加入，孕育劑依據(jù)原鐵水試塊白口傾向劑量控制在0.1%～0.2%.

（4）出爐溫度要求：1450℃～1480℃（組裝20根）。

（5）澆注溫度：1380℃～1410℃，澆注時間10s.

（6） 負壓度要求：（-0.03）MPa～（-0.04）MPa澆注后20m i n泄壓。

（7）打箱要求：泄壓后20m i n～25min.

3）凸輪軸化學(xué)成分要求

（1）ω（C）:3.0%～3.5%，ω（S i）:1.6%～2.2%，ω（M n）:0.5%～0.9%，ω（C r）:0.3%～0.5%，ω（C u）：0.8%～1.2%，ω（P）<0.1%，ω（S）<0.1%.

（2）機械性能：σb為 245MPa～294 MPa，桃尖≥47.5 H R C，桃尖兩側(cè)≥38.5 H R C，基體197 H B～241 H B.

（3）激冷層厚度：桃尖≥7mm～9mm，桃尖兩側(cè)≥4mm～5mm.

4）試驗結(jié)果

（1）化學(xué)成分 ω（C）=3.19%，ω（S i）=1.75%，ω（M n）=0.79%，ω（C r）=0.45%，ω（C u）=0.8%，ω（S）=0.021%，ω（P）=0.06%.

（2）σb=296MPa， 基 體 220H B， 桃 尖 ≥47.5 H R C，桃尖兩側(cè)≥38.5 H R C.

（3）激冷層厚度，待查。

（4）切片檢查鑄件各部位無缺陷，組織致密；除桃尖及其側(cè)面激冷層部位外其他機加工無白口組織。

5）軸出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，此現(xiàn)象由無固定架所致，與工藝成敗無關(guān)。良好的固定會使凸輪軸保持直線度。

圖3 消失模生產(chǎn)工藝

4 結(jié)論

1）用消失模負壓工藝進行冷激合金鑄鐵凸輪軸生產(chǎn)是完全可行的；各項指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）實現(xiàn)了一箱多鑄，可大大提高勞動生產(chǎn)率，同時澆注周期的縮短為質(zhì)量的提升和穩(wěn)定帶來了保障。

3）負壓工藝環(huán)保，勞動強度低，將鑄造生產(chǎn)的男工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榕橹鞯漠a(chǎn)業(yè)，可大大提高其社會效益。

4）無分型面及盡無余量的工藝大大簡化了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，節(jié)省了勞動力及機加成本，降低了生產(chǎn)成本；增強了鑄件的商品化競爭力。

5）對于生產(chǎn)其他產(chǎn)品不需要專門的砂箱配置，可靈活機動的配置生產(chǎn)，提高設(shè)備的利用率。

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