差速器殼體鑄造工藝適應(yīng)性結(jié)構(gòu)優(yōu)化

劉天平 ，王愛麗 ，李澤同 ，王 凡 ，王雪玲

（1.河南省湯陰縣華興機(jī)械制造有限公司，河南湯陰 456174；2.安陽市凱創(chuàng)科技有限公司，河南湯陰 456150）

差速器殼是各類汽車底盤承載扭矩的關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量直接影響著汽車的性能和使用壽命。原差速器殼（如圖1、圖2所示）材質(zhì)為QT450-10，結(jié)構(gòu)分左右殼體部分，由于需要在加工、裝配及螺栓緊固后以接合面為基準(zhǔn)加工出十字軸孔，如圖3所示，不僅加工效率低，而且由于裝配及螺栓緊固在后續(xù)的使用過程中會(huì)出現(xiàn)諸多問題。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對(duì)現(xiàn)有的問題，初步改進(jìn)優(yōu)化HFF2403013CK1E型差速器殼結(jié)構(gòu)如圖4所示，并進(jìn)行前期工藝設(shè)計(jì)論證。

圖4設(shè)計(jì)的差速器殼結(jié)構(gòu)熱節(jié)多，易在鑄造過程中出現(xiàn)縮孔縮松等缺陷。在不影響產(chǎn)品機(jī)械性能和使用承載性能前提下，結(jié)合鑄造工藝的特點(diǎn)提出了將十字軸孔鑄出的方案，并鑄件壁厚適當(dāng)減薄，各結(jié)合部平順連接過度，如圖5所示。從鑄件結(jié)構(gòu)上避免或減小了熱節(jié)，理論上可以避免縮孔縮松缺陷的發(fā)生；同時(shí)合理利用了材料，減輕了重量，順應(yīng)汽車向輕量化發(fā)展的方向。

圖1 原差速器殼1

圖2 原差速器殼2

圖3 加工過十字軸孔的差速器殼

圖4 初步改進(jìn)差速器殼結(jié)構(gòu)

圖5 最終確定差速器殼結(jié)構(gòu)

圖6 差速器殼上下模樣

2 工藝設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

2.1 造型

考慮到差速器殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為避免鑄型退讓對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量的不利影響，造型設(shè)計(jì)采用YJZ107靜壓造型工藝，設(shè)計(jì)制作了差速器殼上下模樣如圖6所示，制作裝配上下型板如圖7、圖8所示。

圖7 差速器殼上型板

圖8 差速器殼下型板

采用靜壓造型工藝有利于：

1）鑄型硬度達(dá)95%以上，減小石墨化膨脹和鑄型退讓，防止縮松疏松缺陷；

2）保證鑄件輪廓尺寸波動(dòng)小、一致性好，保證加工余量；

3)直接采用YJZ107靜壓鑄造工藝試驗(yàn)驗(yàn)證批量生產(chǎn)工藝可行性，降低客戶前期開發(fā)試驗(yàn)費(fèi)用。

2.2 制芯

制芯設(shè)計(jì)采用覆膜砂熱芯盒組芯工藝，該差速器殼砂芯由主體底芯、主體中芯和四個(gè)十字軸孔芯組合而成，組合整體芯如圖9所示。其中立體底芯、主體中芯和十字軸孔芯，分別如圖10、圖11、圖12所示。

3 工藝生產(chǎn)驗(yàn)證

3.1 主體組合砂芯驗(yàn)證

圖9 組合整體芯

圖10 主體底砂芯

圖11 主體中砂芯

組芯時(shí)，先將該差速器殼砂芯主體底芯、主體中芯接合面涂覆黏接劑，按照設(shè)計(jì)的方形定位組合黏接，形成主體組合砂芯，如圖13所示，主體底芯和主體中芯接合面修復(fù)完成外形光滑，如圖14所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，主體底芯和主體中芯接合面的粘接修復(fù)工作量較大，出現(xiàn)接觸邊界不齊問題，邊界經(jīng)常出現(xiàn)飛邊或缺塊兒現(xiàn)象，飛邊不僅帶來打磨修整工作量，而且影響尺寸和合型；缺塊兒則帶來修補(bǔ)的工作量，二者均影響工作效率。分析認(rèn)為其原因主要是熱芯盒動(dòng)靜模合模未貼緊、熱芯盒邊界粘砂占位以及砂芯脫模受阻等造成，經(jīng)芯盒修整、熟練操作，上述問題得以解決。

經(jīng)幾次調(diào)整試驗(yàn)，差速器殼主體砂芯組合、粘接成整體砂芯順利，達(dá)到預(yù)期效果，如圖15所示。試驗(yàn)結(jié)果證明，HFF2403013CK1E型差速器殼覆膜砂熱芯盒制芯組芯方案對(duì)該產(chǎn)品批量生產(chǎn)是可行的、適宜的。

圖12 十字軸孔芯砂芯

圖13 主體組合砂芯

圖14 差速器殼主體組合砂芯展示

圖15 差速器殼組合整體砂芯現(xiàn)場(chǎng)

3.2 主體組合砂芯與四個(gè)十字軸孔芯組芯驗(yàn)證

主體組合砂芯同四個(gè)十字軸孔芯組芯分兩種方案。第一種方案，主體砂芯組合好后，離線狀態(tài)，直接將四個(gè)十字軸孔芯同先一步組合好的主體砂芯粘結(jié)組合到一起，形成差速器殼整體砂芯，造型后以一個(gè)整體砂芯一次性下芯到位；第二種方案，主體砂芯組合好后，在線狀態(tài)，先將組合好的主體砂芯下到鑄型下型腔，然后再分別下四個(gè)十字軸孔芯，下十字軸孔芯時(shí)，先讓出主體砂芯的四個(gè)定位芯頭，按照十字軸孔芯接近到位的同時(shí)再向著主體砂芯的定位芯頭推頂?shù)轿?，四個(gè)十字軸孔芯依次到位，鑄型砂芯組合完畢。

以上兩種組芯方法均可采用，各有特點(diǎn)。第一種方案離線狀態(tài)粘接組合成為一個(gè)整體砂芯，下芯操作方便，缺點(diǎn)是砂芯存儲(chǔ)、搬運(yùn)不太方便，并且下芯操作容易折斷十字軸孔芯，對(duì)下芯操作素質(zhì)及熟練程度有要求；第二種方案可以克服第一種方案帶來的不足之處，卻也存在依次下四個(gè)十字軸孔芯操作較繁瑣的問題，需要調(diào)整下芯工部工位長(zhǎng)度或下芯人員數(shù)量等。

實(shí)際試驗(yàn)證明，兩種方式均可滿足產(chǎn)品要求，綜合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和下芯人員情況，公司確定為采取第二種方案實(shí)施。

3.3 鑄件成型產(chǎn)品驗(yàn)證

HFF2403013CK1E差速器殼成型實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證方案如下：

1）制定主體組合砂芯與四個(gè)十字軸孔芯組芯方案；

2）采用YJZ107自動(dòng)線靜壓造型工藝；

3）材料方面：采用高純生鐵、低錳廢鋼，控制Mn、P的含量，減少S含量，添加Cu元素；

4）熔煉方面：一拖二中頻電爐，爐前加入Cu，保證材料含Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%～0.6%；精確定量球化劑加入量，控制球化時(shí)間在60s以內(nèi)；采用包內(nèi)、浮硅、轉(zhuǎn)包、隨流四環(huán)節(jié)孕育方式，控制澆注時(shí)間在8min以內(nèi)；

5）采用順序壓邊澆注工藝，實(shí)現(xiàn)有利于補(bǔ)縮的凝固順序。

通過小批量生產(chǎn)試驗(yàn)證明，該方案可以滿足論證確定的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)客戶檢測(cè)認(rèn)定和加工質(zhì)量跟蹤反饋，達(dá)到預(yù)期差速器殼產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果，如圖16、圖17所示。

圖16 差速器殼體鑄件外部

圖17 差速器殼體鑄件內(nèi)部

4 結(jié)論

1）差速器殼覆膜砂熱芯盒制芯組芯方案對(duì)該產(chǎn)品批量生產(chǎn)是可行的。

2）差速器殼鑄件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用十字軸孔鑄出結(jié)構(gòu)，有效避免了孤立、巨大熱節(jié)的出現(xiàn)，利于鑄造過程的凝固成型，有效避免了產(chǎn)品內(nèi)在鑄造缺陷的產(chǎn)生；同時(shí)免去了鉆孔工序，直接采用粗鏜、精鏜加工工藝，大大減少了加工切削量，提高了加工效率。

3）改進(jìn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的差速器殼不再采用冷鐵激冷，避免了冷鐵使用造成的與冷鐵接觸的行星輪加工球面的表面硬度波動(dòng)大，也避免了對(duì)后續(xù)機(jī)械加工的不利影響。

4）該差速器殼改進(jìn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)協(xié)同評(píng)審案例，使公司同整車、總成客戶共同緊密型合作開發(fā)、改進(jìn)產(chǎn)品，使公司參與客戶前端設(shè)計(jì)論證，滿足客戶要求，更加貼近市場(chǎng)，是公司科技創(chuàng)新的有效模式，對(duì)于目前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、企業(yè)由生產(chǎn)型企業(yè)向科技型、服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)型具有積極的推動(dòng)作用和重要意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 李魁盛，侯福生.鑄造工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.