楔形塊補(bǔ)貼在汽車離合器飛輪鑄造工藝上的應(yīng)用

任現(xiàn)偉

洛陽(yáng)古城機(jī)械有限公司 河南洛陽(yáng) 471023

1 序言

離合器飛輪是汽車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部件之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系之間正常切斷與傳遞動(dòng)力的關(guān)鍵。它是被安裝在車輛回轉(zhuǎn)軸上的具有較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的輪狀蓄能器，是具有適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、起貯存和釋放動(dòng)能作用的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)速增高時(shí)，飛輪的動(dòng)能增加，把能量貯蓄起來(lái)；當(dāng)車輛轉(zhuǎn)速降低時(shí)，飛輪動(dòng)能減少，把能量釋放出去。同時(shí)，離合器飛輪也可以用來(lái)減少車輛轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的速度波動(dòng)。

離合器飛輪的綜合性能直接影響著傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性和整車運(yùn)行的平穩(wěn)性，這就要求鑄件必須組織致密，無(wú)縮松、縮孔和夾雜等孔洞類缺陷；上下壁厚差也必須控制在合理區(qū)間內(nèi)，從而在滿足力學(xué)性能要求的前提下，確保鑄件在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)盡可能小的不平衡量。

目前，在我公司離合器飛輪全部采用垂直造型線潮膜砂鑄造，生產(chǎn)線的型板尺寸為長(zhǎng)650mm、寬535mm。結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，筆者運(yùn)用均衡凝固原理，結(jié)合DISA應(yīng)用手冊(cè)的指導(dǎo)，通過(guò)在鑄件上增加一楔形塊，在保證鑄件力學(xué)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)消除離合器飛輪鑄件外圓與盤面連接處的縮松缺陷，徹底解決鑄件動(dòng)平衡超差問(wèn)題。

2 鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及產(chǎn)品要求

離合器飛輪鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示，屬于典型的盤式小型鑄件，直徑為280m m、高50m m，單件重4.6kg，材質(zhì)為蠕墨鑄鐵RuT300，抗拉強(qiáng)度≥300MPa, 伸長(zhǎng)率≥3%，蠕化率60%～80%，硬度160～200HBW。為了保證鑄件動(dòng)平衡的最大不平衡量＜10g，鑄件內(nèi)部不允許有縮松缺陷，鑄件上下壁厚差不允許超過(guò)±0.3mm。

圖1 離合器飛輪結(jié)構(gòu)

3 技術(shù)難點(diǎn)

鑄件內(nèi)部縮松和鑄件上下壁厚與重量差異大，造成鑄件動(dòng)平衡超差。

1）由于鑄件內(nèi)圓要與壓盤等其他零件采用螺紋、鉚接方式進(jìn)行聯(lián)接，局部設(shè)計(jì)的比較厚大，而外部盤面考慮到減重和散熱通風(fēng)的條件，因此都設(shè)計(jì)的偏薄，過(guò)大的壁厚懸殊差，就會(huì)造成鑄造過(guò)程中補(bǔ)縮通道不暢，導(dǎo)致離合器飛輪鑄件外圓與盤面連接處出現(xiàn)大量的縮松缺陷。

2）目前，行業(yè)內(nèi)的盤式鑄件多采用水平分型造型線生產(chǎn)，然而為了提高單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)效率，客戶要求我公司采用DISA垂直分型造型線潮膜砂鑄造。垂直分型造型線與水平分型造型線的最大區(qū)別是：相對(duì)于澆口杯不同高度的鑄件由于受到重力加速度的作用不同，因此鑄件上下壁厚和重量差異大，鑄造工藝受到造型設(shè)備局限。

4 原鑄造工藝方案說(shuō)明及缺陷分析

原工藝方案如圖2所示，采用DISA線垂直造型機(jī)，設(shè)計(jì)為階梯式澆注系統(tǒng)，不設(shè)置砂芯。澆注系統(tǒng)由澆口杯、冒口、橫澆道、直澆道、環(huán)形澆道等組成，分別位于正壓板和反壓板相應(yīng)位置。該澆注系統(tǒng)具有充型平穩(wěn)、冒口補(bǔ)縮效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是由于放置冒口位置的鑄件邊緣結(jié)構(gòu)偏薄，冒口中的金屬液不能實(shí)現(xiàn)順序補(bǔ)縮，因此鑄件內(nèi)部縮松嚴(yán)重，如圖3所示。

圖2 原鑄造工藝方案

圖3 原工藝鑄件切剖縮松缺陷

5 工藝改進(jìn)

改進(jìn)后的鑄造工藝方案如圖4所示，分析原工藝造成鑄件內(nèi)部縮松，是因?yàn)槊翱诓荒芡ㄟ^(guò)鑄件薄壁位置向厚壁位置傳遞足夠的金屬液實(shí)現(xiàn)有效的順序補(bǔ)縮，導(dǎo)致補(bǔ)縮通道受阻而產(chǎn)生的，所以通過(guò)在模具上（鑄件的相應(yīng)位置）增加一楔形塊，人為地加大補(bǔ)縮通道，實(shí)現(xiàn)冒口頸與鑄件縮松部位的橋接，保持補(bǔ)縮通道一直通暢。改進(jìn)后的鑄造工藝，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)這個(gè)楔形塊（加上原有鑄件厚度）順暢地將冒口中的金屬液直接補(bǔ)充到需要補(bǔ)縮的部位。

圖4 改進(jìn)后的鑄造工藝方案

6 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)模擬分析，鑄件內(nèi)部無(wú)縮松、縮孔類缺陷，且充型平穩(wěn)，如圖5所示。通過(guò)小批試驗(yàn)和批量生產(chǎn)，在鑄件落砂和拋丸后，采用X射線檢測(cè)和破壞性切剖與著色檢測(cè)驗(yàn)證，鑄件內(nèi)部縮松缺陷已經(jīng)得到徹底解決（見圖6、圖7），且無(wú)任何鑄件動(dòng)平衡超差。殘留在鑄件加工面上的楔塊，可以在機(jī)械加工鑄件摩擦面時(shí)一并車削去除，無(wú)需額外增加機(jī)械加工成本。目前，該離合器飛輪已投入大批量鑄造生產(chǎn)中，質(zhì)量穩(wěn)定。

圖5 改進(jìn)后的工藝方案模擬結(jié)果

圖6 X射線檢測(cè)結(jié)果

圖7 切剖和著色檢測(cè)結(jié)果

7 結(jié)束語(yǔ)

合理的工藝方案可以彌補(bǔ)鑄件設(shè)計(jì)的不足，從根本上解決鑄件內(nèi)部的縮松缺陷；避免垂直分型生產(chǎn)的鑄件上下壁厚差偏大和鑄件內(nèi)部縮松缺陷兩者綜合因素導(dǎo)致的鑄件動(dòng)平衡超差造成的大量廢品。從批量生產(chǎn)結(jié)果來(lái)看，鑄件質(zhì)量大幅提高，產(chǎn)量穩(wěn)定，為公司創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益。該工藝已經(jīng)成功地復(fù)制到了其他多個(gè)類似盤式鑄件的生產(chǎn)過(guò)程中，有很大的借鑒意義。