深孔薄壁汽車零件的先進(jìn)制造方法

成偉華，柯美元

（順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山　528333）

深孔薄壁汽車零件的先進(jìn)制造方法

成偉華，柯美元

（順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山528333）

在制造汽車平衡塊中，通過制定合理的生產(chǎn)工藝參數(shù)，以鋼代銅，用熔模鑄造工藝生產(chǎn)出了合格的汽車用高錳鋼平衡塊，大大降低了生產(chǎn)成本。通過對(duì)焙燒工藝的改進(jìn)和對(duì)傳統(tǒng)熱處理工藝的改進(jìn)，解決了殼模燒不透和鑄件磁性不合格的問題。

熔模鑄造；高錳鋼；制殼；熱處理

汽車平衡塊是汽車上的一個(gè)重要零部件，主要用來消除汽車旋轉(zhuǎn)部件的不平衡，該零件表面質(zhì)量和尺寸精度要求較高，高錳鋼成為生產(chǎn)該零件的首選。平衡塊零件形狀較為簡單，外形為光滑弧形，通過熔模鑄造完全可以達(dá)到技術(shù)要求。

熔模鑄造工藝特別適合鑄造尺寸精度高、表面粗糙度低、形狀復(fù)雜和壁厚較薄的鑄件。熔模鑄件的尺寸精度和表面粗糙度可分別達(dá)到CT4～CT6級(jí)和Ra0.8～1.6μm。鑄件最小壁厚可達(dá)0.5mm，最小孔徑可達(dá)1.0mm。

1　設(shè)計(jì)成分

Mn元素除了能夠降低奧氏體的Ms點(diǎn)外，還具有擴(kuò)大奧氏體區(qū)和強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體組織的作用。在Fe-Mn系無磁鋼中，要在常溫下得到穩(wěn)定的奧氏體組織，錳元素的含量至少要達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%。在高錳鋼中，碳也是強(qiáng)烈形成和穩(wěn)定奧氏體組織的元素。為了降低生產(chǎn)成本，可以通過適當(dāng)提高碳元素的含量來降低錳元素的含量。在實(shí)際生產(chǎn)中，該零件的化學(xué)成分如下：Mn=16.0～18.0，C=0.5～1.0，Si=0.2～0.9，P≤0.09，S≤0.08，F(xiàn)e=余量。

2　制造蠟?zāi)?/h2>

蠟?zāi)５闹圃熘饕ㄏ灱褐啤⒛ｎ^壓制和組樹三道工序。蠟件和模頭通過射蠟機(jī)進(jìn)行壓制生產(chǎn)，其主要工藝參數(shù)為：射蠟壓力為3MPa，維持時(shí)間為24s；溫度為80℃。制造蠟?zāi)r(shí)，室內(nèi)溫度和濕度分別要求控制在25±2℃和45%～75%。蠟件和模頭壓制好后，要進(jìn)行組樹。組樹時(shí)，電鉻鐵的溫度為150℃。將蠟件逐一按28件/串、蠟件間隙10mm左右整齊牢固地焊接在模頭流道上，并使蠟件傾斜一定角度，以方便后面脫蠟和澆注時(shí)浮渣。

高錳鋼冷卻時(shí)收縮也比較大，散熱性能差，但流動(dòng)性較好，要特別注意補(bǔ)縮。為了加強(qiáng)直澆道的強(qiáng)度，底部設(shè)置了一條橫向加強(qiáng)筋。在橫澆道與澆口杯之間還設(shè)置了兩條彎曲的加強(qiáng)筋，既幫助橫澆道末端排氣，也加強(qiáng)澆口杯的強(qiáng)度，另外也方便后面殼模澆注時(shí)用鋼叉叉住作業(yè)。

3　制造殼模

本零件的殼模采用多層型殼。工藝參數(shù)如下：所有涂層的液粉比均為3.6：1，撒砂70～80目白剛玉粉；面層和第二層的涂層用830硅溶膠和320目白剛玉粉，詹氏流杯粘度為42～45，干燥4～6h；第三層開始直至最后的封槳層的涂層用1430硅溶膠和莫來石粉，詹氏流杯粘度為16～25，除封槳層需要干燥14h外，其他涂層均干燥8h。

在多層型殼中的金屬液與面層涂料直接接觸，因此，要求面層致密、堅(jiān)實(shí)、平整、光滑，并且不能與金屬液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。一般可將蠟?zāi)＝M件在沾漿前，先放入到清洗液中浸泡3～5s，以去除模組表面的油污，然后用氣風(fēng)槍吹干。另外，在硅溶膠與白剛玉粉的漿液中加入0.2%的消泡劑和0.6%的濕潤劑，并攪拌均勻。

每層型殼制作好后必須要充分干燥。特別是保證鑄件兩端處深孔的型芯達(dá)到干燥要求，否則就很容易產(chǎn)生氣泡、夾砂、澆不足、跑火等缺陷。在實(shí)際生產(chǎn)中，可采用增大空氣流通速度、加長干燥時(shí)間和減少殼模在干燥室的排列密度等措施來解決型殼干燥不充分的問題。

4　熔煉與澆注

該零件采用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行鋼水的熔煉，配料為：鋁絲為0.12kg，除渣劑為0.98kg，CaSiMn為0.26kg，普通碳素鋼邊角料為115kg，中錳為13kg，高錳為13kg。鋼水的澆注溫度為1575～1595℃，熔煉溫度為1615～1635℃。

為了保證型殼具有良好的高溫強(qiáng)度和燒盡殼模內(nèi)的殘蠟、有機(jī)物等物質(zhì)，使鋼水能夠快速完全澆足整個(gè)型腔，澆注時(shí)，必須遵循紅殼澆注的原則，也就是要同時(shí)保證型殼的焙燒時(shí)間不能少于30min和型殼的焙燒溫度要不得低于1050℃。澆注完成后，將鑄模放入沙車進(jìn)行空冷，空冷時(shí)間為25min。

5　熱處理

熔模鑄件經(jīng)過清理工藝之后，將高錳鋼加熱到950℃以上保溫固溶，然后直接水淬，從而將高溫下的奧氏體組織保持到室溫，也就是我們通常所說的“水韌處理工藝”。但是，該零件采用常規(guī)的熱處理后會(huì)在表面形成一層氧化皮。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般都是采用拋丸工藝，來進(jìn)行去除氧化皮的處理。

圖1　熱處理工藝

為了解決磁性不達(dá)標(biāo)的問題，對(duì)傳統(tǒng)“水韌處理工藝”進(jìn)行了改進(jìn)。首先，將網(wǎng)帶式熱處理爐分為前后兩段，前段為加熱段，后段為冷卻段。熱處理時(shí)，將分解氨氣氛通入到網(wǎng)帶爐中，使鑄件在加熱和冷卻的過程中都受到還原性氣氛的保護(hù)。其次，在冷卻段布置冷卻水道對(duì)爐體進(jìn)行冷卻，鑄件不與冷卻水直接接觸。改進(jìn)后的熱處理工藝曲線如圖1所示。為了提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)中常采用盡可能快的加熱和冷卻速度。雖然高錳鋼的傳熱性不好，但由于鑄件比較細(xì)小，快速加熱和冷卻時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

6　結(jié)語

以高錳鋼材質(zhì)，采用熔模鑄造工藝和改進(jìn)的熱處理爐之后，生產(chǎn)出了合格的汽車深孔薄壁鑄件產(chǎn)品。產(chǎn)品不僅達(dá)到了所要求的表面質(zhì)量要求和尺寸精度，還滿足了無磁性的要求，產(chǎn)品合格率達(dá)到了96%以上。與用銅鋅合金熱鍛法生產(chǎn)的深孔薄壁零件相比，采用高錳鋼的熔模鑄造工藝生產(chǎn)的零件，成本降低了45%～55%，其經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

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Advanced Manufacturing Methods for Automobile Part with Deep Holes and Thin Wall

CHENG Wei-hua，KEI Mei-yuan
（Shunde Polytechnic College，F(xiàn)oshan，Guangdong 528333，China）

In the manufacture of automobile counterbalance，through setting proper processing parameters and using steel instead of mallet alloy，qualified automobile counter balance of high manganese steel was produced with investment casting process，which has greatly reduced production cost.The problem of shell under roasting and magnetism was solved through improving roasting process and improvement of conventional heat treatment process.

investment casting；high manganese steel；shell making；heat treatment

TH162

A

2095-980X（2016）07-0042-02

2016-06-12

國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2013013）

成偉華，湖北通山人，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：汽車運(yùn)用、汽車機(jī)械設(shè)備方面研究開發(fā)與教學(xué)工作。