本發明屬生產卡車鋼板彈簧座鑄造工藝、特別是一種鐵型覆砂鑄造球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座的生產方法。

背景技術：

鐵型覆砂鑄造是在金屬型(又稱鐵型)內腔周圍覆上一層薄薄的型砂(又稱覆膜砂)的一種鑄造工藝方法。它是金屬型鑄造和殼型鑄造兩種方法的結合。獲得的鑄件具有尺寸精度高、機械性能好、節約人工、材料和設備、生產成本低等優點。

在國外，德國、前蘇聯等國早已于60年代前后開始把鐵型覆砂鑄造應用于生產，主要用于生產球鐵曲軸、剎車轂、剎車盤、缸套、炸彈殼、坦克履帶和電機底座等30余種鑄件。

在國內，鐵型覆砂鑄造工藝的應用研究絕大部分都使用于曲軸或者球墨鑄鐵的生產。近幾年來，在全國已有近百家企業也應用了鐵型覆砂鑄造工藝，生產的零件除球鐵曲軸外，還有汽車的凸輪軸、平衡軸、耐壓閥體、缸套，耐磨齒盤等50余種鑄件，而運用該鐵型鑄造工藝技術來生產球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座還是空白。

在我國乃至國際上的卡車鋼板彈簧座生產廠家，都是采用高壓鑄造或者靜壓鑄造方法生產。該工藝在較大汽車發動機生產廠已普遍使用，雖然質量上相對來說還比較穩定，但還是屬于濕型砂鑄造，在造型時還是需要煤粉，用砂量很大，生產環境還未得到完全改善；同時也存在著砂處理工部等一整套設備、材料倉庫、型砂輸送、除塵等設備，工作環境比較差，不利于鑄造生產環保，而且設備投資大，成本高，所占用的面積也大。產品在灰鑄鐵澆注并經熱處理退火后，本體抗拉強度絕大多數達到或接近所要求牌號，如球鐵軸承蓋，牌號為QT600-3，用濕型砂工藝生產珠光體一般只有40-50，球化級別一般在3級，組織部粗大同時還伴隨縮松，對后期使用壽命，安全性能造成極大影響。在現今汽車行業激烈競爭下，客戶對產品的各種性能各汽車廠家生產的要求越來越高，多種性能指標要求達到或超過國家標準，例如要求解決三漏現象即屬此類問題。由于使用常規的濕型砂鑄造無法從根本上解決鑄鐵本身的組織和縮松等而滲漏的問題，必須另找出路。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種鐵型覆砂鑄造球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座的生產方法，解決球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座灰口鑄鐵常見的組織性能差、內部疏松、表面質量、整體機械性能得不到保證的問題。

本發明以如下技術方案解決上述技術問題：

工藝步驟如下：

1、造型

外砂箱采用鐵型，覆膜砂為樹脂砂，鐵型的內腔按卡車鋼板彈簧座的形狀隨型制出，同時澆注系統和鑄型隨型留10mm-30mm覆砂層厚度空間為10mm-30mm；澆注系統有澆口杯、直澆口、橫澆口、濾網，采用封閉式澆口；上半模的最高處射孔、采用吊芯方式；因鑄件小，砂芯小，鑄型及砂芯發氣少，可直接通過射孔及分型面直接排除。芯頭部位和上箱鑄型最高點不用開設專門的排氣孔都裝有氣孔針，且不穿出箱面；在鐵型的分型面上均勻分布設有排氣槽；外模的上下模底板中間分別設有衡溫加熱裝置，模具溫度和鐵型溫度均控制在180-240℃，溫度達到要求后進行射砂；射砂氣壓為0.35-0.40Mpa，固化時間為50-60S。

2.砂芯

采用熱芯盒工藝，材料使用覆膜砂，射芯溫度200～300℃，泥芯表面質量好，使用時不用刷涂料，可以直接使用。

3.裝芯

人工裝芯

4.合箱

合箱前檢查鑄型質量，保證鑄型符合要求并用壓縮空氣吹干凈鑄型；然后用5mm封箱條圍住砂箱各合箱定位銷，在坭芯頭的澆注系統濾網座位置裝上過濾網，并將砂箱推至合箱機處，四角放有上0.5-0.6mm墊片，進行合箱，上半模型吹干凈散砂后合箱；推進澆注滾道，并扣上箱扣，合箱的扣箱力為80-85N.M。澆口杯采用一次性陶瓷直沖漏斗澆口杯，安裝到鐵型時在接觸面抹一層專用鑄造粘膠粘牢，并放上澆口杯壓鐵等待澆注要使用封箱條；

5.澆注

用牌號為QT550-10的鐵水澆注，澆注溫度控制在1420-1440℃，1件/型的澆注時間為12-15S

6.開箱

澆注后25分鐘開箱扣直接落砂自然冷卻；鑄件凝固時間需要30分鐘以上才能落箱、自由冷卻。

澆注系統的鐵水流道是由澆口杯到直澆道口到橫澆道口，再由橫澆道口通過濾網后均衡分到兩個分直澆口，再由兩個分直澆口分別分到上下兩個內澆口到鑄件。

澆注系統各澆口總截面之比為：∑直︰∑橫︰∑內＝1︰(0.75-0.78)︰(0.68-0.72)；∑分直︰∑直＝1︰(0.9-0.95)；濾網采用機體專用的直孔陶瓷濾網。

上半模的最高處射孔、芯頭部位的氣孔針內徑為Φ8mm和Φ10mm，鐵型的分型面上的半圓排氣槽直徑為Φ6mm。

射砂氣壓為0.35-0.40Mpa，固化時間為50-60S。

合箱時四角放的墊片厚為0.3-0.4mm。

合箱的扣箱力為80-85N.M。

使用本發明的鐵型覆砂鑄造球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座的生產方法，出品率由原來砂型鑄造工藝的50％提高到鐵型鑄造的70％以上，因鐵型使用了不含水分的覆膜砂砂做造型材料，從而消除了皮下氣孔缺陷；鐵水凝固過程中得到快速冷卻，同時鐵型的剛性抑制了鐵水石墨膨脹過程易產生的兩縮，基本消除了球鐵常有的組織縮松、疏松縮孔等缺陷，解決了卡車鋼板彈簧座在高壓力、高強度工作環境下的滲漏和強度不足問題，提高了鑄件產品的整體機械性能和使用安全性能，滿足或超過客戶目前卡車鋼板彈簧座生產要求的各項性能指標；減少了砂處理系統龐大的設備、場地投入和造型用砂量；改善了鑄造長期以來的惡劣環境，環保性好。整個工藝流程簡單，容易采取措施和控制，產品的生產成本比砂型鑄造工藝生產要低30～50％，且適用于各種類型發動機、工程機械及整車、汽缸蓋和排氣管等重要復雜零部件的生產和多種各種要求高質量的其它大中小零件，應用前景廣泛。

具體實施方式

鐵型覆砂鑄造工藝是利用鐵型增加鐵水在鑄造過程中的冷卻速度，細化組織，提高了鑄件了在壁厚不均情況下保證機體較厚部位或較厚凸臺、塔子的組織致密性。在同等熔煉鐵水的成分下，使用鐵型覆砂鑄造工藝生產球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座等產品機體比砂型鑄造工藝可以獲得更高的抗拉強度、屈服強度、硬度和更好的石墨形態和石墨大小級別，穩定珠光體在95％以上。最重要的是以往強度不足及兩縮等砂型鑄造出現的斷裂問題可以得到有效解決。

卡車鋼板彈簧座的鐵型覆砂鑄造工藝與靜壓砂型鑄造工藝不同之處是在造型工序，卡車鋼板彈簧座鐵型覆砂造型是采用專用的ZXTF-Z-1350*740造型主機自動化生產線。按照鐵型規格要求，設計布置為4件/型，分上下模。該設備額定生產率為15型/h,兩臺造型主機則為30型/h。砂箱是金屬型，內腔是按照卡車鋼板彈簧座的形狀,留有覆砂層厚度并隨型制出，外模模底板下面設有加熱裝置，模具溫度一般恒溫控制在180-240℃。鐵型溫度一般控在180-240℃左右。造型采用覆膜砂，當模具和鐵型溫度達到設定的溫度后，在鐵型內腔周圍覆上一層薄薄的型砂。

由于鐵型覆砂工藝所使用的覆膜砂是流動干型的，無水分，經過射砂表面硬化后，其表面光潔度很好，不用上涂料，而靜壓砂型鑄造工藝是屬濕型(潮型)鑄造，其表面需要上涂料才能保證鑄件的光潔度。因此鐵型覆砂鑄造工藝可以大量節約涂料成本。

以生產柳汽2918072鋼板彈簧座柳州五菱為例，采用靜壓鑄造生產工藝時，造型用砂量單臺為622kg以上，而用鐵型覆砂工藝生產缸體(402件/型)時，鑄造造型單臺使用砂量僅需20-21kg左右；若按目前價格計算成本的話，年產20萬件光造型用砂量可以節約75萬元以上。而這種規模的鐵型覆砂鑄造生產線比國內靜壓生產線減少投資2700萬元，比進口靜壓生產線減少投資4700萬元以上。

鐵型覆砂鑄造工藝在具有工藝出品率高、組織致密不滲漏、綜合性能高、用砂量少、設備投資少、生產周期短、見效快、設備占用面積少、生產效率高、制造成本低、環保性好等優點的同時，其不足之處是各種鐵型砂箱沒有通用性、受設備影響單天產量偏低。

本實施例采用本發明方法生產2918072柳州五菱柳汽球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座，具體步驟如下：

1.造型

造外型采用鐵型覆砂鑄造工藝進行。外砂箱采用鐵型，覆膜砂是采用相變砂，即舊砂回收后處理再重新覆膜，鐵型鑄造工藝按照4件/型進行設計，鐵型的內腔是按照卡車鋼板彈簧座的形狀隨型制出，試制時隨型覆砂層厚度為10mm，因該零件比較小，外部較復雜結構較為簡單，不特別增加補縮冒口，采用自補縮方式，局部部位的覆砂層為10-30mm，鑄件熱節較大部位為8mm。澆注系統的鐵水流道是由澆口杯到直澆口到橫澆口，再由橫澆口通過濾網后均衡分到兩個分直澆口，再由兩個分直澆口分別分到上下兩個內澆口到鑄件；澆注系統采用封閉式澆口，其各澆口總截面之比為：∑直︰∑橫︰∑內＝1︰(0.75-0.78)︰(0.68-0.72)；∑分直︰∑直＝1︰(0.9-0.95)；濾網采用機體專用的直孔陶瓷濾網。在上半模模樣最高處射孔裝有外徑Φ8mm的氣孔針，上半模四周圍芯頭裝有外徑Φ10mm的氣孔針，且都不穿出箱面；鑄型直接通過射孔排氣，不用單獨開設排氣通道，在鐵型的分型面上均勻分布有Φ6mm半圓排氣槽。外模的上下模底板中間設有加熱裝置，模具溫度和鐵型溫度均控制在180-240℃；待溫度達到工藝要求后進行射砂，射砂氣壓為0.35-0.40Mpa，固化時間為50-60S，射砂后的覆砂層顏色控制在棕褐色。在連續生產時，經澆注后的鐵型必須經過水冷后達到溫控要求時才能進行循環使用(測溫采用紅外線進行)。

2.砂芯

采用熱芯盒工藝，材料使用覆膜砂，射芯溫度200～300℃，泥芯表面質量好，使用時不用刷涂料，可以直接使用。

3.裝芯

先檢查所裝坭芯是否符合要求；在批量生產情況下，用固定式裝芯工位夾具或機器進行裝芯，定位準確、方便可靠；否則可采用人工裝芯、簡易裝芯吊架下芯。

4.合箱

在合箱之前檢查鑄型質量并進行必要的修型檢查裝芯是否到位，使用封箱條分別壓住芯頭、芯頭出氣孔和坭芯直澆道，在坭芯頭的澆注系統的濾網座裝上過濾網，用一圈5mm封箱條圍住定位銷，吹干凈鑄型并推至合箱機處，下型砂箱四角放有0.5-0.6mm厚墊片；檢查上半模型質量，并吹靜散砂，進行合箱；推進澆注滾道，扣上箱扣(邊扣一般為4個)扣箱力一般在80-85N.M；澆口杯采用直沖漏斗澆口杯，安裝到鐵型時結合面要使用封箱條專用鑄造粘膠壓緊粘牢；

5.澆注

所用鐵水，是采用QT550-10牌號鐵水澆注，其化學成分質量比為：

C：3.7％～3.9％ Si：1.6％～1.7％ Mn≤0.2％ Cu≤0.2％ Re：0.01％～0.02％；Mg：0.03％～0.05％；

澆注溫度控制在1420℃-1440℃，4件/型澆注時間是12-15s；待澆口杯鐵水成糊狀時打斷澆口杯；

6.開箱

澆注后25分鐘開箱扣直接落砂；鑄件凝固時間35分鐘時落箱，落箱后的鑄件為暗紅色，然后自由冷卻到室溫。

7.檢驗結果

鑄件經過清理拋丸后，不經過熱處理，直接鑄態解剖鑄件檢測得到結果如下：

1)柳州五菱各個部位金相組織和硬度情況如下：

2)機械性能

因產品太小，無法直接取抗拉試樣，只能檢測附鑄試塊，具體情況如下：、

本次抗拉試棒因本體沒有位置取樣，故取鑄件澆注系統中的分直澆口進行抗拉檢驗，其結果抗拉強度為270Mpa；硬度為HB224；石型為A型石墨；石墨長為4級；珠光體95％；磷共晶1級。

用本發明方法鑄造球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座，在滿足性能要求的條件下可以減少或者不用加入合金，如Cu、Mn等合金可以取消加入，同時經過對產品多輪的本體解剖和聲波檢測，未發現任何兩縮現場。和Cu合金可以由原來的0.7～0.8％減少到0.2～0.3％；

實踐說明：運用本發明的方法生產球墨鑄鐵卡車鋼板彈簧座，本體機械性能比產品整體性能和安全系數要比濕型砂高砂型鑄造本體要求牌號要高出一個牌號以上，從而保證該工藝滿足日益發展的汽車制造行業競爭要求。

用本發明的方法，不僅可以生產出蠕墨鑄鐵或球墨鑄鐵汽車零部件、、缸蓋、排氣管等高質量的汽車重要零部件，還可以用于各行各業的機械制造，如航空、鐵路機車車輛、農用機械、建筑機械和軍工等等需承受高強度、高韌性、高致密性、高耐磨的大中小零件的生產。