淺析汽車(chē)制動(dòng)卡鉗的鑄造工藝及改進(jìn)

侯大為

摘 要：汽車(chē)制動(dòng)卡鉗一般適用于盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)，能夠使車(chē)輪減速、停止運(yùn)轉(zhuǎn)或者使汽車(chē)處于停止?fàn)顟B(tài)等功能的鉗類裝置。盤(pán)式剎車(chē)的優(yōu)勢(shì)在于：當(dāng)車(chē)輛處于高速行駛狀態(tài)，采取制動(dòng)措施，車(chē)輪能夠快速停止運(yùn)轉(zhuǎn)，相比于鼓式剎車(chē)，散熱效果好，制動(dòng)效能高。而應(yīng)用傳統(tǒng)的鑄造工藝生產(chǎn)出來(lái)的制動(dòng)卡鉗，通過(guò)鑄造CAE軟件對(duì)其進(jìn)行模流分析發(fā)現(xiàn)，卡鉗的兩端局部區(qū)域出現(xiàn)了輕微的縮松缺陷，而且鑄件內(nèi)部中的珠光體含量較少，機(jī)械性能不符合鑄造標(biāo)準(zhǔn)要求。如果對(duì)鑄造工藝予以改進(jìn)，對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行改良，能夠收到理想的鑄造效果。因此，本文將汽車(chē)制動(dòng)卡鉗的原始鑄造工藝與改進(jìn)后的鑄造工藝進(jìn)行比對(duì)，針對(duì)改進(jìn)效果展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)制動(dòng)卡鉗;鑄造工藝;改進(jìn)

汽車(chē)制動(dòng)卡鉗包括鉗體和導(dǎo)向銷(xiāo)，其中導(dǎo)向銷(xiāo)包括帽體和導(dǎo)柱兩部分，與剎車(chē)盤(pán)共同構(gòu)成汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)。由于汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在高速、高溫的作用下，容易對(duì)制動(dòng)卡鉗造成磨損與破壞，本身所承受的外界荷載以及瞬間的沖擊振動(dòng)波較大，這就對(duì)制動(dòng)卡鉗的物理力學(xué)性能提出了更高的要求。因此，在卡鉗鑄造過(guò)程中，應(yīng)全面考慮各方面影響因素，不斷改進(jìn)和優(yōu)化鑄造工藝，使制動(dòng)卡鉗能夠在惡劣的工況環(huán)境下能夠大幅提升力學(xué)性能，避免安全事故的發(fā)生。

一、汽車(chē)制動(dòng)卡鉗的原始鑄造方案

（一）鑄造流程分析

該鑄造方案中所采用的鑄造材料是球墨鑄鐵450—10，其中抗拉強(qiáng)度的最大值在450Mpa以上，屈服強(qiáng)度的最大值在290Mpa以上，延伸率需大于10%。鑄造時(shí)采取一模四件的對(duì)稱式分布鑄造工藝，單體鑄件兩端有一個(gè)補(bǔ)縮冒口，單體質(zhì)量均為3.12kg。澆注時(shí)，初始溫度值為1420℃，澆注時(shí)間為8秒，同時(shí)采用包內(nèi)孕育與瞬時(shí)孕育的方法，而鑄件在鑄造前后的內(nèi)部合金成分如表1所示。

（二）制動(dòng)卡鉗鑄件的充型過(guò)程

該鑄件材料的液相線溫度值為1180℃，固相線溫度為1140℃，鑄件的合金液在充型過(guò)程中，相對(duì)比較穩(wěn)定，當(dāng)充型結(jié)束時(shí)，最低的溫度值達(dá)到1230℃，高出液相線與固相線溫度值，因此，不會(huì)因?yàn)槔鋮s作用而產(chǎn)生冷隔現(xiàn)象[1]。

（三）鑄件的凝固過(guò)程

充型完成后，鑄件進(jìn)入到凝固工序，當(dāng)鑄件的凝固時(shí)間達(dá)到180秒時(shí)，此時(shí)的鑄件底部的液相區(qū)完全處于被孤立狀態(tài)，當(dāng)溫度繼續(xù)降低，球墨鑄件的液體就會(huì)出現(xiàn)較為明顯的收縮態(tài)勢(shì)，而冒口對(duì)鑄件底部并不存在補(bǔ)縮作用，因而也不滿足順序凝固的原則，出現(xiàn)縮孔縮松等缺陷的幾率也大幅提長(zhǎng)，此時(shí)，生產(chǎn)出來(lái)的制動(dòng)卡鉗鑄件，機(jī)械性能較差，存在嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。

（四）原始鑄造方案的結(jié)果分析

通過(guò)模擬結(jié)果可以看出，卡鉗鑄件的底部以及兩端是極易產(chǎn)生縮孔與縮松缺陷的高發(fā)部位，為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，往往在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，在砂芯的底部放置外冷鐵，借助于外冷鐵的冷卻作用使鑄件能夠順序凝固。采用原始的鑄造方案生產(chǎn)鑄件時(shí)，可以在試生產(chǎn)后的毛坯件當(dāng)中選取不同模號(hào)的鑄件，并且鑄件取兩端各一個(gè)試棒，分別標(biāo)記成1號(hào)和2號(hào)，對(duì)鑄件的機(jī)械性能采取實(shí)驗(yàn)的方法，得出最終的數(shù)據(jù)。試棒的選取位置如圖1所示。原始鑄造方案鑄件機(jī)械性能數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2中的分析數(shù)據(jù)可以看出，采用原始的鑄造工藝，汽車(chē)制動(dòng)卡鉗鑄件的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及延伸率等機(jī)械性能指標(biāo)均與標(biāo)準(zhǔn)要求相差甚遠(yuǎn)。

二、汽車(chē)制動(dòng)卡鉗的鑄造工藝改進(jìn)效果分析

（一）合理調(diào)整合金成分

合金成分直接影響球墨鑄鐵的金相組織與機(jī)械性能，如果成分過(guò)高，會(huì)破壞球墨鑄鐵的微觀結(jié)構(gòu)，而原始方案中的合金成分配比，含有較少的珠光體，因此，為了提高制動(dòng)卡鉗鑄件的強(qiáng)度以及延伸率等參數(shù)，應(yīng)合理調(diào)整合金成分配比。將爐后錳元素的含量控制在0.3—0.35%之間，同時(shí)，使銅元素的含量介于0.2—0.25%之間。因?yàn)殄i元素對(duì)球墨鑄鐵起到固溶強(qiáng)化作用，隨著錳含量的增加，能夠形成以（Fe，Mn）3C為主的合金滲碳體，并以珠光體形式出現(xiàn)，對(duì)鑄件中珠光體起到補(bǔ)充作用，進(jìn)而提高了鑄件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及延伸率。而銅在發(fā)生共析轉(zhuǎn)變時(shí)，也能夠加速珠光體的形成速度，從奧氏體析出的珠光體理更多，對(duì)銅和錳兩種合金成分進(jìn)行合理調(diào)整，對(duì)改善和優(yōu)化鑄件的機(jī)械性能具有積極的促進(jìn)作用。

（二）改進(jìn)澆注系統(tǒng)

采用原始工藝，由于冒口尺寸偏小，使得鐵水的流動(dòng)性能較差，極易使鑄件兩端出現(xiàn)縮松現(xiàn)象。如果將鑄件一端的獨(dú)立冒口加以改進(jìn)，以共同冒口的形式出現(xiàn)，能夠有效增大冒口頸的橫截面積，改善了鐵水的流動(dòng)性能，降低了縮孔以及縮松出現(xiàn)的幾率[2]。但是在改進(jìn)澆注系統(tǒng)后，為了防止鑄件底部出現(xiàn)縮孔與縮松現(xiàn)象，在砂芯中直接放置外冷鐵的工序必須予以保留。

（三）鑄造工藝改進(jìn)后的鑄件機(jī)械性能

通過(guò)調(diào)整合金成分，改進(jìn)澆注系統(tǒng)后，對(duì)鑄件的金相組織進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，采取新工藝后，鑄件中的珠光體含量有了顯著提高，鑄件兩端以及底部也不存在輕微縮孔與縮松現(xiàn)象，如果取一整模的鑄件進(jìn)行機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)，屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度以延伸率參數(shù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。汽車(chē)制動(dòng)卡鉗鑄造工藝改進(jìn)后的鑄件機(jī)械性能如表3所示。

結(jié)束語(yǔ)：

對(duì)汽車(chē)制動(dòng)卡鉗的鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，鑄件兩端與底部出現(xiàn)縮孔與縮松的幾率明顯降低，而且機(jī)械性能也得到進(jìn)一步改善和提升，直接提高了行車(chē)安全指數(shù)。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，汽車(chē)制動(dòng)卡鉗的鑄造工藝也在不斷歷經(jīng)改進(jìn)與創(chuàng)新過(guò)程，工藝水平與技術(shù)成果與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距也越來(lái)越小。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭毛毛，孫首群，張昌昌， 等.汽車(chē)制動(dòng)卡鉗的鑄造工藝及改進(jìn)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程，2019，57（6）：86-89.

[2]范梅梅，黃平，劉雁， 等.汽車(chē)制動(dòng)卡鉗酸性鍍鋅及鋅鎳合金的性能[J].電鍍與涂飾，2016，35（3）：149-153.