灰鑄鐵和鋁合金消失模鑄造工藝的差異性

馬紅兵

（陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司，陜西寶雞　722409）

灰鑄鐵和鋁合金消失模鑄造工藝的差異性

馬紅兵

（陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司，陜西寶雞722409）

以公司重型變速器殼體為例，結合多年生產經驗，分析并討論了不同的材質（灰鑄鐵和鋁合金）在消失模鑄造工藝中的差異性。從原材料預發(fā)泡、白模成型、粘接、涂層及造型等不同方面進行研究，結果表明：灰鑄鐵和鋁合金消失模鑄造工藝差異性較大，應因地制宜，根據材質不同采用不同的設備和工藝參數，達到生產需要，為同行提供借鑒經驗。

消失模鑄造；灰鑄鐵；鋁合金；變速器殼體

能耗、安全和環(huán)保等方面是未來汽車考察的核心問題。在滿足整車使用和經濟要求的前提下，通過整車零部件結構優(yōu)化設計、材料應用等方面實現減重，符合了技術發(fā)展的潮流。變速箱作為汽車的關鍵零部件之一，減重是勢在必行。我公司于2 008年率先提出變速箱殼體的材質由灰鑄鐵更改為鋁合金，采用消失模鑄造工藝生產。

目前，公司擁有消失?；诣T鐵和鋁合金鑄造生產線：灰鑄鐵消失模生產線年產3.5萬噸鑄件，鑄件重量15 kg～110 kg；白區(qū)采用國產全自動預發(fā)泡機和半自動液壓成型機，并采用珠粒輸送系統(tǒng)將珠粒自動輸送到成型機；黑區(qū)由三條循環(huán)造型澆注線（圖1a）和中頻熔化爐組成。鋁合金消失模生產線年產6 000多噸鑄件，鑄件重量10 kg～45 kg；白區(qū)采用德國Teubert全自動預發(fā)泡機和全自動臥式成型機，黑區(qū)引進美國Vulcan公司的消失模鋁合金自動生產線（圖1b）、德國Striko Westofen集中熔化爐、鋁液處理和自動澆注系統(tǒng)。

通過兩種生產線生產灰鑄鐵和鋁合金變速箱殼體，重點介紹原材料預發(fā)泡、白模成型、粘接、涂層及造型等差異性，以及兩者工藝重點和注意事項，為同行提供研究和生產經驗。

1　材料性能

灰鐵和鑄鋁材質要求見表1所示。

表1材料性能

2　消失模鑄鐵和鋁合金工藝差異

消失模鑄鐵和鋁合金工藝差異見圖2、表2.

2.1泡沫模樣

2.1.1珠粒材料

由于灰鑄鐵的鑄造溫度在1 400℃～1 450℃，珠粒可選用EPS和共聚料；鋁合金的鑄造溫度在700℃～750℃，EPS發(fā)氣量很小，主要為液態(tài)產物，因此選用EPS.

2.1.2EPS預發(fā)泡

通過預發(fā)，EPS珠?？膳蛎?5～50倍，一般情況下，鋁合金的較佳預發(fā)泡堆積密度為20g/L ～25 g/L，灰鑄鐵為18 g/L-24 g/L.為獲得高質量的預發(fā)珠粒，除了高質量的原始珠粒、需采用高性能的預發(fā)泡機，采用德國TeubertTDV-100LF預發(fā)泡機（圖3），蒸汽壓力自動調節(jié)，精確控制，進料稱量的精確度高、具有自動檢測和反饋控制裝置，珠粒的干燥程度一致、不易形成死料。

圖1　消失模鑄造生產線

圖2　消失模鑄鐵和消失模鋁合金工藝區(qū)別

表2　消失模鑄鐵和消失模鋁合金主要設備及工藝參數

圖3　德國TeubertTDV-100LF預發(fā)泡機

2.1.3模樣成型

該鑄件屬于薄壁件，鑄件收縮率比厚壁件要小，鋁合金模型收縮率（材質EPS）：自由收縮率1.8%～2.0%，受阻收縮率1.6%～1.9%；灰鑄鐵模型的收縮率（材質EPS）：自由收縮率0.9%～1.2%，受阻收縮率0.6%～1.0%.珠粒預發(fā)泡和模型質量穩(wěn)定性與鑄件質量密切相關，預發(fā)泡珠粒粒徑大小均勻、珠粒均勻填充模具型腔，生產的模片各部分密度一致，融合度一致，可減少澆注缺陷，提高鑄件的質量和表面光潔度。德國Teubert臥式成型機（圖4）采用多把料槍同時進料能夠獲得密度一致的模型。

2.1.4組模粘接

粘接材料有冷膠和熱熔膠之分，冷膠固化速度慢，在固化過程中需要用膠帶固定，防止錯模，常見的雙組分脲醛樹脂熔化溫度高，鋁合金的澆注溫度不會使膠熔成液體，停留在鑄件中成為缺陷。冷膠在溶劑揮發(fā)后體積收縮，固化后粘接縫處會下凹，最后會減小粘接面處鑄件壁厚，成為滲漏和破壞的根源。熱熔膠的熔點低，凝固速度快，體積收縮小，因此，鋁合金鑄造更適合使用熱熔膠。

熱熔膠自動粘接機（如圖5）與手工粘接相比，具有粘接面用膠量均勻，平整，無縫隙，操作重復性好，粘接質量穩(wěn)定的特點，靈活程度差，適合粘接面簡單、批量大的鑄件生產。

2.1.5澆道系統(tǒng)的設計

圖4　德國Teubert臥式成型機

圖5自動粘接機

為使金屬液相對平穩(wěn)充型，氣化或熔化后的模型材料有效排出型腔，一般采用底注澆道。

灰鑄鐵采用封閉式或半封閉式澆道，鋁合金采用開放式或半開放式。由于鋁合金的收縮率大，主澆道對鑄件要起補縮作用，因此主澆道截面積一般比較大，壓頭比灰鑄鐵的高100 mm～200 mm.

2.1.6涂層

由于灰鑄鐵熔化溫度高，EPS和共聚料主要以氣體形式存在，必須采用負壓澆注；鋁合金熔化溫度低，EPS主要以液體形式存在，采取無負壓澆注，其液態(tài)主要通過涂層吸附和滲出，涂層的厚度相對灰鑄鐵要薄，且涂層相對灰鑄鐵要有良好的保溫性能，透氣性相對低。公司鋁合金均是一遍涂層，厚度為0.2 mm～0.5 mm，對浸涂后的涂層均勻程度高，采用工人手工流平是一個非常繁重的體力勞動，并且一致性差，最好采用機器人或機械裝置進行涂層和流平。

2.2造型

2.2.1型砂的選用

優(yōu)先選用圓形的天然石英砂，多角形的人工石英砂也可使用；灰鑄鐵選用30目～50目的粒度，鋁合金選用50目～100目的粒度，型砂粒度越集中越好。

2.2.2舊砂處理

型砂長期使用后（特別是澆注鋁合金鑄件時）在型砂表面凝聚一些泡塑分解產物，使型砂流動性變壞，所以應予以清除，清除型砂表面凝聚物的方法是將型砂加熱至800℃以上進行焙燒，冷卻后再重復使用。

2.2.3干砂鑄型定型方法

1）鑄型上方留有較大的吃砂量，靠型砂的自重，維持澆注時砂型不變，這對于小件和鋁合金是有效的，對于較大和黑色金屬來說，靠上部吃砂量型砂自重維持砂型不變是有困難的。

據調查，全市3個規(guī)模為100畝左右的糧食家庭農場，稻麥兩熟一年純收入約8-12萬元，家庭農場盈利能力明顯高于普通農戶。而部分流轉面積在200畝左右，以經營秧草、蔬菜、花木等設施農業(yè)為主的農地合作社，盈利能力比以種糧為主的家庭農場還要更高些，除通過項目獲得國家財政補助外，其經營性收入每畝地每年可凈贏利1500元左右。

2）砂型頂部加壓重（壓箱鐵），防止?jié)沧r抬箱，在不抽負壓澆注時，采用此種方法維持鑄型不變。

3）負壓澆注情況下，鑄型內形成負壓，靠鑄型上表面與型內的壓差使砂子“粘結”在一起，維持澆注時鑄型不潰散，這種“負壓定型”的方法，使之負壓實型鑄造時不必采用壓箱鐵或留有較高的頂部吃砂量來維持鑄型不變。

2.3熔化澆注

2.3.1熔化

灰鑄鐵熔化一般多采用中頻熔化爐，操作相對簡單、效率高、質量容易控制，熔化溫度一般在1 450℃～1 480℃；鋁合金一般多采用天然氣熔化爐，由于鋁合金的特點，熔煉相對灰鑄鐵復雜，需要粗精練、變質、除氣、除渣和靜置等，在鋁液轉運過程中盡量使鋁液平穩(wěn)，熔化溫度一般在750℃～780℃.

2.3.2澆注方式

灰鑄鐵采用負壓澆注，負壓范圍-0.03 MPa～～-0.05 MPa；鋁合金采用無負壓澆注。

澆注溫度：灰鑄鐵在1 400℃～1 450℃，鋁合金在700℃～750℃，薄壁件、小件取澆注溫度上限，厚大件取澆注溫度下限。在生產中，我公司消失模鋁合金件采用機器人澆注，相比較而言，機器人澆注更能避免人工澆注過程中在澆注速度上的差別，有效消除人為因素的影響。

2.4鑄件清理

鑄件清理一般包括：去除澆道、拋丸和修磨。

灰鑄鐵件的澆道一般用鐵榔頭敲掉；鑄件表面的涂料用拋丸機進行清理，一般選用直徑1.5 mm左右的鑄鋼丸；鑄件表面的凸點或多肉用安裝角磨片的角磨機進行修磨。

鋁合金件的澆道一般用帶鋸或者圓盤鋸切掉，鋸片選用鋁合金專用鋸片；鑄件表面的涂料采用噴拋丸機進行清理，一般選用直徑0.6 mm～0.8 mm的不銹鋼丸；鑄件表面的凸點或多肉用安裝砂布輪的角磨機進行修磨。

2.5鑄件后處理

消失模鋁合金需要進行T6處理，其性能才達到要求。有研究人員試驗表明：消失?；诣T鐵件的殘余應力較普通粘土砂型鑄鐵件有較大減少（約30%），因此一般要求的鑄件不再進行人工時效處理。

3結論

通過多年從事消失模鑄造灰鑄鐵件和鋁合金件的生產實踐總結，由于材質性能不同，金屬液充型時發(fā)生的物化反應完全不一樣。在實際生產中，應依據各自的特點制定相應的工藝。同時好的產品質量不僅需要制定合理的工藝，還需要配備性能優(yōu)良的設備，對消失模鑄造鋁合金件更加明顯。

［1］ 黃乃瑜，葉升平，樊自田．消失模鑄造原理及質量控制［M］．武漢：華中科技大學出版社，2004.

［2］ 黃天佑，黃乃瑜，呂志剛．消失模鑄造技術［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［3］ 劉波，劉秋榮、鄭華昌，等．德國成型設備應用國產化珠粒的研究［J］.鑄造技術，2010（12）：1473-1475.

［4］ 伍斌華．典型的箱體類鑄件消失模涂料的研制［G］//安徽蕪湖：2013年8月中國消失模鑄造年會論文集.安徽蕪湖中國鑄造協(xié)會，2013.

［5］ 鄧宏運，陰世何，主編.消失模鑄造及實型鑄造技術實用手冊［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2013.

Difference of Lost Foam Process between Gray Iron and Aluminum Alloy

MA Hong-bing
（Shanxi Fast Auto Drive Group Company，Baoji Shanxi 722409，China）

This paper analyses and discusses the difference of different material（gray iron and aluminum alloy）in the process of the lost foam casting taking the example of heavy transmission housing combined with years of production experience.The results show that the process of gray iron and aluminum alloy lost foam casting is different，and cannot copy.For different materials，it should choose the different equipment and process parameters to achieve the production requirement，and to provide reference for colleagues.

lost foam process，gray iron，aluminum alloy，transmission housing

TG249

A

1674-6694（2016）03-0059-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.03.017

2016-04-15

馬紅兵（1977-），男，工程師，大學本科，主要從事鑄造生產及管理。