淺談機(jī)車(chē)電機(jī)蓋的鑄造工藝優(yōu)化途徑

呂柏道

摘? 要：電機(jī)蓋是機(jī)車(chē)的重要組成部件之一，其鑄造工藝比較復(fù)雜。進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)蓋的鑄造工藝能提高電機(jī)蓋的使用性能，延長(zhǎng)機(jī)車(chē)的使用周期。該文主要針對(duì)機(jī)車(chē)電機(jī)蓋軸承孔的縮松問(wèn)題進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了如何應(yīng)用熔煉工藝、冷鐵冒口工藝等，優(yōu)化電機(jī)蓋的鑄造工藝，消除縮松缺陷。

關(guān)鍵詞：機(jī)車(chē)電機(jī)蓋? 鑄造工藝? 優(yōu)化途徑

中圖分類(lèi)號(hào)：U260.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（c）-0068-02

近年來(lái)，隨著機(jī)車(chē)電機(jī)性能的逐漸提高，電機(jī)蓋的鑄造精度越來(lái)越高。傳統(tǒng)的鑄造工藝問(wèn)題也容易凸顯出來(lái)。為了提高機(jī)車(chē)電機(jī)蓋的使用性能，研究人員只有加大其鑄造工藝的研究，積極采用新工藝、新方法，優(yōu)化電機(jī)蓋的鑄造工藝，消除傳統(tǒng)電機(jī)蓋鑄造工藝的弊端。

1? 傳統(tǒng)鑄造工藝問(wèn)題

該文選擇了某一機(jī)車(chē)的電機(jī)蓋作為研究對(duì)象。該電機(jī)蓋的外形尺寸為607mm×610mm×195mm，平均壁厚達(dá)9mm。依據(jù)壁厚標(biāo)準(zhǔn)，該電機(jī)蓋屬于薄壁鑄件。另外，其模數(shù)為1.4cm，材質(zhì)是球鐵鑄件，質(zhì)量為72kg，全表面磁粉探傷、超聲波檢測(cè)均不超過(guò)相關(guān)規(guī)定的三級(jí)。

該電機(jī)蓋主要是采用頂注式澆注方式，使鑄件處于下型中。這樣做的主要目的是消除自澆注不足、冷隔等缺陷。而且，采用下型還能避免合箱引起的夾砂缺陷。在這一鑄造工藝中，砂芯也處于下型。砂芯的定位主要是利用通風(fēng)口拉出芯頭、中間軸孔出的冷鐵砂芯頭?？傊?，該澆筑系統(tǒng)具有充型平穩(wěn)、擋渣的特點(diǎn)，能有效保證鐵液品質(zhì)及電機(jī)蓋鑄造質(zhì)量。

另外，該鑄造工對(duì)軸承孔厚大部分的主要處理方法是采用冒口和冷鐵的施工工藝。具體是將該處的砂芯換成鐵芯，從而加快其厚大部分的凝固。并在該處增加工藝補(bǔ)貼，便于防止發(fā)熱冒口。同時(shí)，還在大平面上、通風(fēng)口部位分別設(shè)置了兩個(gè)發(fā)熱冒口、側(cè)冒口，以達(dá)到消除縮孔缺陷的目的。

除上述外，該鑄造工藝使用了高強(qiáng)度呋喃樹(shù)脂自硬砂造型及制芯，且采用了專(zhuān)用醇基涂料。在熔煉過(guò)程中，將其熔煉溫度控制在1530℃～1570℃之間，出爐溫度在1510℃左右，誤差范圍在10℃以?xún)?nèi)，澆注溫度為（1390±10）℃，澆注時(shí)間為（13±1）s。同時(shí)，將其中的碳元素、硅元素、錳元素、鎂元素的含量比分別控制在3.7、2.2、0.1、0.03左右。

實(shí)踐證明，雖然采用了一系列的預(yù)防措施。但是采用傳統(tǒng)鑄造工藝后，鑄件仍出現(xiàn)了局部位置縮松超標(biāo)的問(wèn)題。其中縮松最為嚴(yán)重的部位是軸承孔冒口下處，其次是內(nèi)澆道的耳朵部位。

2? 問(wèn)題分析

首先，鑄件的工藝實(shí)施多是由機(jī)械完成，不存在實(shí)施缺陷。其次，從鑄件熔煉過(guò)程考慮。該電機(jī)蓋的鐵液熔煉溫度、出爐溫度、澆注溫度等均處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。顯然，熔煉過(guò)程并無(wú)差錯(cuò)。再者，從其中化學(xué)元素的占比考慮。在對(duì)鑄件的化學(xué)成分、石墨檢測(cè)過(guò)后發(fā)現(xiàn)其出碳量在4.48%時(shí)，也就是在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)，鑄件的縮松缺陷比較少，且鑄件球化效果也非常好。顯然，這也并非是化學(xué)成分造成的鑄件縮松。最后，從冷鐵、冒口的設(shè)計(jì)方面考慮。上文中已經(jīng)描述出了其設(shè)計(jì)、擺放情況。對(duì)此，我們可利用代數(shù)計(jì)算軟件Magmasoft對(duì)其凝固過(guò)程進(jìn)行模擬、分析。這樣可直觀、形象地觀察到鑄件各部位的殘余液情況，并對(duì)其進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)實(shí)際模擬發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，鑄件的壁薄部位殘余液相消失最快，但軸承孔、冒口根部仍存在殘余液液相。隨后，又經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，冒口頸完全凝固堵塞了冒口、鑄件的補(bǔ)所通道。至此，可認(rèn)為軸承孔冒口下處出現(xiàn)的縮松缺陷主要是因?yàn)椋好翱谠诮饘僖阂簯B(tài)收縮時(shí)，會(huì)補(bǔ)充部分金屬液。在共晶膨脹結(jié)束前，冒口無(wú)法截?cái)嘌a(bǔ)所通道，就會(huì)造成金屬液回填現(xiàn)象。而軸承孔的厚大部位的凝固在工藝補(bǔ)貼之后，這就會(huì)造成厚大部位不能補(bǔ)縮的現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生縮松缺陷。內(nèi)澆道耳朵部位的縮松則是因?yàn)殍T件凝固時(shí)，側(cè)冒口會(huì)補(bǔ)縮與其相接的橫澆道。

3? 工藝優(yōu)化

從上述文中能夠得知造成軸承孔冒口下處出現(xiàn)縮松缺陷的主要原因是冷鐵+冒口處理工藝存在冷鐵、冒口設(shè)計(jì)、擺放不合理的問(wèn)題。那么，若要優(yōu)化鑄造工藝，消除縮松缺陷，就可從這一方面入手。

首先，可優(yōu)化冒口設(shè)計(jì)。如在軸承孔放冒口處增加斜鍥形狀的冒口頸，并增加該冒口頸高度。這樣做的主要目的是為了在鐵液共晶膨脹時(shí)，加快冒口頸凝固，從而使回填通道的鐵液被截?cái)唷Ｃ翱诒旧砭蛯儆阼T件的補(bǔ)充部分，具有補(bǔ)縮作用。畢竟鑄件在冷卻時(shí)，最薄的部位會(huì)先凝固，其收縮補(bǔ)償可由厚大部位提供，而厚大部位凝固時(shí)若得不到收縮補(bǔ)償就會(huì)形成縮孔。但如果采用較高的斜鍥形狀的冒口頸，就可使鑄件的厚大部位得到收縮補(bǔ)償，進(jìn)而消除縮松缺陷。所以，該文采用了這一優(yōu)化方式，優(yōu)化冒口設(shè)計(jì)。

其次，一般情況下，為了保證鑄件能夠順序凝固，會(huì)選擇內(nèi)澆道靠近冒口的方式進(jìn)行澆筑。那么，在逐漸凝固時(shí)，通風(fēng)口處的側(cè)冒口就會(huì)補(bǔ)縮相接的橫澆道，那么內(nèi)澆道的耳朵部位凝固就會(huì)無(wú)法得到補(bǔ)縮，形成縮松缺陷。對(duì)于這一問(wèn)題，可采用去除內(nèi)澆道耳朵部位的側(cè)冒口，并放置5/8的發(fā)熱冒口。同時(shí)，將其中的兩個(gè)內(nèi)澆道合并為一個(gè)內(nèi)澆道。這樣當(dāng)內(nèi)澆道的耳朵部位凝固時(shí)，5/8的發(fā)熱冒口會(huì)對(duì)自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)縮。而且兩個(gè)內(nèi)澆道合并為一個(gè)內(nèi)澆道后，不再需要考慮橫澆道問(wèn)題?？梢哉f(shuō)，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加精簡(jiǎn)、有效。

最后，需要注意的是在優(yōu)化冒口的設(shè)計(jì)。擺放時(shí)，簡(jiǎn)化內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮電機(jī)蓋的實(shí)際尺寸。畢竟其冒口厚大部位的壁厚并非是平均壁厚。尤其是其內(nèi)澆道的直徑、壁厚規(guī)格，會(huì)影響到電機(jī)蓋鑄件的使用性能。在合并、優(yōu)化內(nèi)澆道與發(fā)熱冒口時(shí)，更需要合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。只有這樣才能進(jìn)一步提高電機(jī)蓋的鑄造工藝優(yōu)化質(zhì)量。

4? 優(yōu)化效果

在完成基本的電機(jī)蓋鑄造工藝優(yōu)化后，還需進(jìn)行模擬、分析，了解最終的鑄造工藝優(yōu)化效果。同樣，還可利用代數(shù)計(jì)算軟件Magmasoft。這是由德國(guó)研發(fā)的一種鑄件過(guò)程模擬軟件，也是目前最為流行的鑄件仿真軟件。它能夠?qū)﹁T件過(guò)程中的充型、凝固、冷卻、熱處理等進(jìn)行詳細(xì)的模擬，并將其過(guò)程形象化地展示出來(lái)。在檢測(cè)該鑄造工藝優(yōu)化成果時(shí)，主要就是應(yīng)用該軟件對(duì)鑄件過(guò)程中的凝固進(jìn)行模擬，通過(guò)觀察不同凝固時(shí)間點(diǎn)的鑄件各部位液相分?jǐn)?shù)來(lái)判斷其凝固結(jié)果。通常是選擇開(kāi)始凝固時(shí)間、完全凝固時(shí)間兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比、分析。同時(shí)，依據(jù)疏松判據(jù)，即縮孔與液相分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖來(lái)判斷逐漸各部位的縮孔情況。

其具體模擬分析過(guò)程為：利用Magmasoft軟件模擬后，發(fā)現(xiàn)斜鍥形狀冒口頸的開(kāi)始凝固時(shí)間為105s。冒口的完全凝固時(shí)間為170s。隨后，應(yīng)用疏松判據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)鑄件軸承孔的冒口下處、內(nèi)澆道的耳朵部位并沒(méi)有出現(xiàn)時(shí)縮松現(xiàn)象，且其他部位也并未出現(xiàn)縮松現(xiàn)象。這就表明：經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化后，電機(jī)蓋鑄件的縮松缺陷被有效消除了。也就是說(shuō)，可將該工藝優(yōu)化方法應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)其是否有利用價(jià)值。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，只有加大機(jī)車(chē)電機(jī)蓋鑄造工藝的優(yōu)化研究，才能解決傳統(tǒng)電機(jī)蓋鑄造工藝的缺陷，提高機(jī)車(chē)電機(jī)蓋的成品率，推動(dòng)我國(guó)鑄造行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。

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