汽車沖壓模具鑄造工藝探究

常新 劉利

沈陽來金汽車零部件有限公司

汽車沖壓模具鑄造工藝探究

常新 劉利

沈陽來金汽車零部件有限公司

隨著工業(yè)技術的發(fā)展，鑄大型鑄件的質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，鑄造在機械制造業(yè)中占有重要的地位。鑄造技術的發(fā)展也很迅速，特別是19世紀末和20世紀上半葉，出現(xiàn)了很多的新的鑄造方法，如低壓鑄造、陶瓷鑄造、連續(xù)鑄造等，在20世紀下半葉得到完善和實用化本文重點就汽車沖壓模具鑄造工藝進行了研究和分析。

汽車沖壓模具 鑄造工藝 大型鑄件

鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過程。鑄造是常用的制造方法，制造成本低，工藝靈活性大，可以獲得復雜形狀和大型的鑄件，在機械制造中占有很大的比重，如機床占60～80%，汽車占25%，拖拉機占50～60%。由于現(xiàn)今對鑄造質(zhì)量、鑄造精度、鑄造成本和鑄造自動化等要求的提高，鑄造技術向著精密化、大型化、高質(zhì)量、自動化和清潔化的方向發(fā)展，例如我國這幾年在精密鑄造技術、連續(xù)鑄造技術、特種鑄造技術、鑄造自動化和鑄造成型模擬技術等方面發(fā)展迅速。

一、軟件設計模具的流程分析

開始設計師需要建一個設計模型，就是模具中具有的制造的產(chǎn)品的原型，需要在該軟件的零件模塊中間進行三維的造型設立，正常經(jīng)過拉伸、切除、拔模、圓角等特征方法來進行創(chuàng)立和建立。這時，文件的類型應該選制造一模具型腔，然后，我們的子類型選模具型腔。我們就把它裝配到模具模型中，這樣就使得它成為了參照模型了。最后，在其中加上設計好的工件，或者我們用軟件提供的工具自動在其中創(chuàng)立，在沒辦法完成工件創(chuàng)建情況下，原始的手工繪制的辦法就可以使用了，這樣也可以得到需要的工件，這里的工件是毛坯。自然狀態(tài)下，壓力和溫度會發(fā)生改變，鑄件從模具中拿出來就會發(fā)生收縮等現(xiàn)象，所以，為了補償其中由于壓力溫度帶來的偏差，用軟件中擁有的收縮率功能。設計者經(jīng)過設定恰當?shù)氖湛s率就能夠得到方法參考模型，這樣能夠獲得正確尺寸的鑄造物件。模版中用來分割參照模型的曲面通常叫做分型面，它的設計將會直接影響到最后成型的零件的尺寸，表面的質(zhì)量。使用上面提到的分型面，我們把工件分成型腔、型芯體積塊三部分。正常情況下，運用軟件分割菜單下面的兩個體積塊命令，將其分成很多個體積快，即拆模。這個不是元件，它是無質(zhì)量的、三維的封閉曲面組。人們經(jīng)過向體積塊中間加入實體的材料，讓它變成實際的元件，這個過程就是抽取模具元件的過程。完成之后，就成為了功能強大的Pro/EnGineer零件，把它調(diào)用或者裝換到其他的軟件中進行數(shù)控加工即可。

二、實驗方案及過程

（一）實驗產(chǎn)品選擇

選擇重3t左右拉延序模具，汽車模具鑄件采用泡沫實型鑄造，在泡沫實型制作階段將兩部分制作為一體。凸模型面為QT600材質(zhì)，模座為HT300材質(zhì)。在澆注過程中澆注順序為先澆注球墨鑄鐵部分再澆注灰鑄鐵部分，由于充型速度過快，為了防止球墨鑄鐵鐵液在澆注過程中，鐵液在慣性作用下充型至灰鑄鐵部位，造成材質(zhì)混合，故將其澆注系統(tǒng)設計為開放式澆注系統(tǒng)，同時采用底側注澆注方式保證鐵液充型平穩(wěn)，澆注系統(tǒng)比例為直澆道：橫澆道：內(nèi)澆道=1：(1.5-2)：(2-3)。為了防止在澆注灰鑄鐵時，由于充型力及其重力落差對已澆注的球墨鑄鐵部分造成沖擊，導致球墨鑄鐵部分發(fā)生混亂，故將灰鑄鐵內(nèi)澆道設置在灰鑄鐵和球墨鑄鐵的交界處，減少內(nèi)澆道的充型落差。同時為了保證鐵液充型平穩(wěn)比例為直澆道：橫澆道：內(nèi)澆道=l：(1.5～2)：(2-3)。在造型階段，兩個澆注系統(tǒng)獨立分開，防止發(fā)生混合，兩個澆注系統(tǒng)分別設置獨立的澆口杯并做好標記，防止熔煉澆注時發(fā)生錯誤。

（二）熔煉澆注工藝設計

利用UG軟件繪制出澆注系統(tǒng)，精確計算球墨鑄鐵及灰鑄鐵部分所需鐵液量，在計算時鐵液量除了包含鑄件自身重量還應包含對應的澆道重量，經(jīng)計算，此次試驗計算得出球墨鑄鐵部分需鐵液，灰鑄鐵部分需鐵液1.5t。因硫是一種反球化元素，它與鎂、稀土等球化元素有很強的親合力，硫的存在會大量消耗鐵液中的球化元素，形成鎂和稀土的硫化物，引起夾渣、氣孔等鑄造缺陷，故在球墨鑄鐵中硫含量一般要求小于0.02%。在灰鑄鐵中硫元素會與錳元素結合形成MnS或者(FeMn)化合物，可作為石墨化的非自發(fā)晶核，有利于提高灰鑄鐵的孕育效果，故在灰鑄鐵成分中硫含量一般控制在0.05%-0.1%。但本次雙材質(zhì)生產(chǎn)為了防止灰鑄鐵材質(zhì)在澆注完畢后和已澆注的球墨鑄鐵材質(zhì)發(fā)生球化反應，生產(chǎn)時其灰鑄鐵硫含量必須控制在0.02%以下。

（三）澆注溫度要求

考慮泡沫氣化吸熱等因素，球墨鑄鐵材質(zhì)澆注溫度設定在1400-1420℃，灰鑄鐵澆注溫度設定在1380-1400℃，澆包必須進行預熱處理，且預熱時間不易過長，防止?jié)舶鼫囟冗^高造成澆注溫度過高，所以預熱時間設定在8min左右；球墨鑄鐵鐵液降溫到1200-1250℃時呈糊狀，流動能力差，此溫度既不會使鐵液產(chǎn)生冷隔，又能減小鐵液流動混合量。結合熱力學原理由鑄件降溫曲線得出，澆注初期每噸球墨鑄鐵鐵液在砂箱內(nèi)的降溫約為10℃／min，通過實際測量球墨鑄鐵澆注溫度為1405℃，所以設定澆注球墨鑄鐵鐵液17min后澆注灰鑄鐵鐵液。在球墨鑄鐵部分澆注完成后，需用砂子將直澆道堵塞，防止在澆注灰鑄鐵鐵液后，由于壓力原因造成球鐵鐵液流動。

三、結語

汽車工業(yè)的發(fā)展為汽車模具業(yè)的發(fā)展提供了極大的市場機遇，據(jù)有關資料顯示，在美國、日本等汽車制造業(yè)發(fā)達的國家，汽車模具在整個模具產(chǎn)業(yè)中占有50%左右的份額。而在我國，僅有三分之一左右的模具產(chǎn)品服務于汽車制造業(yè)。因此，汽車模具市場有相當大的發(fā)展空間，而汽車覆蓋件模具是整個汽車模具的重要組成部分，也是技術最密集、加工難度最大的部分。汽車用拉延序沖壓模具采用球墨鑄鐵與灰鑄鐵雙材質(zhì)生產(chǎn)，主要控制s含量在0.02%以下，設計澆注系統(tǒng)時控制灰鑄鐵鐵液充型力，減少兩種液體的混合量等因素，解決了模具全部使用球墨鑄鐵材質(zhì)造成材料成本浪費及凸模與模座分體制造后期需要加工裝配的模具設計難題。通過該技術可進一步降低模具制造成本和工期。