油道復(fù)雜汽車件工藝開發(fā)及改進(jìn)

王玉國，呂 猛

（太重集團(tuán)榆液液壓工業(yè)有限公司鑄造分公司，山西晉中 030600）

關(guān)鍵字：UG三維建模；油道復(fù)雜汽車件；工藝優(yōu)化

鑄造生產(chǎn)過程中，復(fù)雜油道鑄件的鑄造生產(chǎn)一直是困擾的難題。離合器殼是某汽車裝配公司，自動(dòng)變速箱的重要零部件，要求油道必須使用油道噴丸機(jī)進(jìn)行處理，必須使用合適的內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢測，確認(rèn)不得有影響清潔度的問題。

1 離合器殼體鑄件

離合器殼體鑄件如圖1所示，離合器殼體的材質(zhì)是HT200，單重74 kg，外形輪廓尺寸為600 mm×515 mm×156 mm，最小壁厚6 mm，最大壁厚100 mm，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有三處油道，1#油道最小高度為10 mm，最寬尺寸為60 mm，總長230 mm；2#油道最小高度12 mm，總長210 mm.要求鑄件內(nèi)部致密[1]，不得有縮孔、縮松、氣孔等鑄造缺陷，樣件100%X射線檢測。油道不得有粘砂、披縫，100%內(nèi)窺鏡檢查。本體取樣，金相檢測放大倍數(shù)為100倍，碳化物和磷共晶放大倍數(shù)為400倍；石墨以A型石墨為主，石墨長度按ASTM A247進(jìn)行評(píng)估，石墨長度應(yīng)為3～6級(jí)。

2 原工藝存在的問題

圖1 鑄件外形

采用3 t中頻感應(yīng)電爐熔煉，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） 為：ω（C）：3.05～3.15；ω（Si）：1.45～1.55；ω（Mn）：0.9～1.0；ω（P）＜0.05；ω（Cu）：0.1～0.15；ω（S）：0.07～0.09.一次孕育劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%.采用濕型砂在SAVELLI靜壓造型線上生產(chǎn)，一型1件。型砂濕壓強(qiáng)度為175 kPa，緊實(shí)率33%，水分3.75%，透氣性105.內(nèi)腔由覆膜砂熱芯形成，油道砂芯組芯如圖2所示。油道砂芯為覆膜砂熱芯（1#、2#、3#）；工藝開發(fā)基于UG三維軟件實(shí)體建模，擬合砂芯制芯、組芯、下芯方式；為了便于生產(chǎn)線下芯，設(shè)計(jì)4#冷芯，整體組芯后下芯。分型面為圖1中法蘭大平面，鑄件基本全在下箱，1#砂芯頂部做排氣孔。利用華鑄CAE模擬軟件進(jìn)行凝固模擬分析[2]；結(jié)合該件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及模數(shù)，采用無冒口設(shè)計(jì)[3]，出品率達(dá)到89%.為保證鑄件上表面質(zhì)量，澆注系統(tǒng)采用陶瓷過濾網(wǎng)，各組元截面積比為：∑F直∶∑F阻：∑F橫∶∑F內(nèi)=1.3∶0.8∶1.3∶1.6.為保證鐵液通過過濾網(wǎng)具有良好的流動(dòng)性，澆注溫度為1 360℃～1 420℃，澆注時(shí)間控制在16 s.樣件經(jīng)X射線檢測，內(nèi)部無縮孔、縮松缺陷；鑄件表面氣孔、砂眼缺陷廢品率為0.5%.

圖2 砂芯裝配

存在的問題：（1）4#砂芯制芯機(jī)為冷芯射芯機(jī)，材料為三乙胺樹脂砂，轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，發(fā)現(xiàn)有部分變形開裂，造成大量砂芯報(bào)廢；（2）部分鑄件油道內(nèi)部粘砂如圖3、圖4所示，通過內(nèi)腔噴丸機(jī)無法清理干凈；（3）95%鑄件油道堵塞。

前期采取工藝措施[4]：針對(duì)油道砂芯（如圖7）易斷裂、高溫凝固過程中易開裂的問題（如圖3），在造型前，放置合適的芯撐子，效果有改善，100%鑄件油道堵塞問題解決，但是95%鑄件三處油道，尺寸有偏差，而且內(nèi)部有不同程度披縫殘留，內(nèi)腔噴丸不能清理。同時(shí)某加工裝配公司打壓失敗，不滿足客戶技術(shù)要求，不能徹底解決問題。

圖3 油道剖開情況

圖4 粘砂

3 工藝分析及改進(jìn)

原因分析：（1）4#砂芯（如圖 5）變形開裂主要原因是三乙胺樹脂砂芯強(qiáng)度低，砂芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不好，兩頭的砂芯重量大造成拉應(yīng)力；（2）油道內(nèi)部粘砂主要原因是：覆膜砂芯在高溫下反應(yīng)，表面強(qiáng)度低；（3）油道砂芯斷裂的原因是：油道砂芯原砂是硅砂，在570℃，820℃有兩次晶格改變，高溫下膨脹變形，造成砂芯澆注后變形或斷裂。

采取措施：（1）針對(duì)4#砂芯變形開裂的問題，組芯區(qū)域做加強(qiáng)筋，如圖6所示；（2）針對(duì)油道內(nèi)部粘砂（如圖4），采取油道砂芯全部刷涂料的措施，如圖7所示；（3）使用寶珠砂原砂的覆膜砂做細(xì)小薄弱的油道芯[5]（如圖8），專機(jī)使用，優(yōu)點(diǎn)是發(fā)氣量低，強(qiáng)度高，易潰散，耐火度高，高溫下變形量很小，可以解決斷芯問題。

圖5 4#砂芯

圖6 加強(qiáng)筋

圖7 涂涂料的油道砂芯

圖8 用寶珠砂為原砂的油道芯

4 效果及驗(yàn)證

按照此工藝更改方案，目前已經(jīng)生產(chǎn)500件，4#砂芯在生產(chǎn)過程中無斷裂現(xiàn)象。根據(jù)顧客技術(shù)要求，對(duì)所有鑄件進(jìn)行油道內(nèi)窺鏡檢測，油道內(nèi)腔噴丸后，表面光滑，無披縫、多肉、粘砂缺陷。該鑄件已通過客戶性能測試，成功實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

5 結(jié)論

通過該油道結(jié)構(gòu)復(fù)雜離合器殼體鑄件的開發(fā)，分析了該類鑄造缺陷的產(chǎn)生原因，提出了解決油道壁厚不均勻、粘砂、隔墻等鑄造缺陷的方法，通過更改砂芯原材料及工藝優(yōu)化，廢品率由原來的95%降低為0.5%.