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离合器壳体铸造工艺设计与改进

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摘要:离合器壳体属于重型汽车变速器的重要部件,是球墨铸铁件,牌号1E0596A(QT600-3).由于受结构所限,其热节分散排布,且离冒口位置较远,补缩通道不通畅,容易产生缩松缺陷。初步设计铸造工艺方案,生产后进行切片解剖验证,发现在冒口对面的铸件热节断面处存在缩松缺陷,且区域面积较大。通过在缩松部位的铸件顶部加发热冒口和粗排气针,并调整以前的过共晶铁水为共晶铁水,同时对铸造工艺进行改进,解决了铸件内部的缩松缺陷。

关键词:球墨铸铁;缩松;铸件热节;发热冒口;铸造工艺

离合器壳体属于重型汽车变速器的重要部件,重量为20.5kg,牌号为1E0596A(QT600-3),结构复杂,壁厚相差较大(最薄处只有5.5mm,最厚处有22mm),铸件孤立的热节处易产生缩孔缩松缺陷,铸件轮廓尺寸如图1所示。铸件要求使用X射线探伤,要求球化率≥80%,石墨球数大于100mm2,磷共晶、自由碳化物总共不超过2%,且要求均匀分布,不能呈大块状聚集,或连成网状。铸件本体机械性能要求:抗拉强度≥520MPa,屈服强度≥345MPa,延伸率≥3%,硬度(HB)为187~255,化学成分为:ω(C)3.5%~.9%、ω(Si)2.0%~2.8%、ω(Mn)0.3%~0.6%、ω(P)≤0.06%、ω(S)≤0.025%、ω(Ti)≤0.025%、ω(Cu)0.5%~0.6%.

1原铸造工艺方案分析

初步工艺设计方案如图2所示,湿砂造型,箱重约为37kg,铸件大平面为分型面,铸件大部分位于下箱,铁水从铸件芯子同一侧的两个内浇口浇注并设置热冒口进行补缩,浇注系统采用的是封闭-开放式,铁水通过直、横浇道后进入热冒口,在横浇道设置过滤块来阻止渣子进入型腔,并在上芯头设置三根排气针保证砂芯排气通畅。铸件第一次试制(一包铁水,13箱铸件)时切片解剖了其中三件铸件,切片解剖的间隔为15mm~20mm,如图3所示。结果发现三件铸件都是在相同的位置处有缩松缺陷,并且是在远离浇冒口的一侧,该缺陷位于图4所示的凹槽内。分析产生缩松缺陷的原因为,铸件热节周圈分布,热冒口只能补缩铸件的一侧,另外一侧的热节补缩距离太远,球墨铸铁件属于内生-糊状凝固,处于糊状凝固的球墨铸铁,共晶团之间的液体通道非常的窄和细,液体难以进行补缩,若得不到冒口的有效补缩,则共晶团之间的液体凝固时由于得不到补缩而形成缩松。

2优化熔炼和工艺设计

资料表明,通过调整铁水的共晶度,使宽结晶温度范围的铁水转变为窄结晶温度范围的铁水,更有利于铸件结晶时形成逐层凝固,当共晶度为1时,球铁铁水凝固温度范围可控制在40℃以内,能有效减轻铸件出现缩孔的几率。在试制离合器壳体铸件的过程中,采用了共晶度为1的铁水。理论上缩松是由于液态收缩和凝固收缩大于固态收缩,合金的结晶温度范围较宽,倾向于体积凝固方式而产生的,铸铁液态冷却时要产生体积收缩,凝固时析出石墨又产生体积膨胀。均衡凝固是利用膨胀和收缩动态叠加的自补缩和浇冒系统的外部补缩,使单位时间的收缩与膨胀、收缩与补缩按比例进行的一种凝固工艺原则。工艺方面采取的第一次改进措施,是在缩松位置的铸件上表面做出宽10mm和高10mm的自带槽,如图2b)所示,目的是减小该处的热节,此外在缩松缺陷的铸件上表面设置了6根粗排气柱。而且因为铸件的充型速度较慢,故加大了内浇口的面积,同时严格控制浇注温度进行了第 二次试制,同样解剖其中的三件铸件,发现在热节处依然有缩松缺陷。分析原因:在铸件的此位置处出现缩松,说明原工艺方案的两个热冒口不能保证铸件补缩需要,故要提高冒口的补缩能力,需要采用特殊的冒口,且冒口本身要求在同样或相当尺寸下冒口模数要足够大,因此第二次改进采用保温发热冒口的方案,选用亚世科的KS61C保温发热冒口,冒口模数为1.7cm,一型放置两个保温发热冒口,位置在铸件孤立热节的正上方,优化工艺后的方案如图5所示,在放置保温发热冒口的同时严格控制浇注温度,进行第三次工艺试验。

3生产验证

确定新工艺方案之后,铸件第三次试制,共生产两包铁水的铸件(24件)进行工艺验证,选择每一包铁水中的前中后各三件铸件进行试加工和切片解剖,未发现缩松缺陷,铸件试加工后结果如图6所示,对试加工后的铸件进行X射线探伤,铸件也均未发现缩松缺陷,说明采用此次改进方案的效果良好,继续跟踪发送到客户的铸件后续的加工情况,证明之前存在的缩松缺陷已经得到彻底解决,产品质量得到了很大的提升而且能达到稳定生产。

4结论

1)调整铁水的共晶度为1,是解决球铁铸件缩孔和缩松以及增加铁水流动性的关键技术;2)对于远离冒口孤立的热节,受结构所限无法及时补缩,应采用保温发热冒口来解决此处热节处的缩松缺陷,保温发热冒口可以使铸件冷却温度趋于平缓一致,解决孤立热节的补缩问题。而且采用保温发热冒口后,可以显著提高铸件的工艺出品率。通过采取上述工艺改进措施,离合器壳体的铸造工艺方案得到了完善,产品质量也有了很大提升,铸件内部的缺陷得到消除。

参考文献:

[1]魏兵,袁森,张卫华.铸件均衡凝固技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,1998.

[2]李弘英,赵成志.铸造工艺设计[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]崔忠圻.金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社,2000.

[4]侯英玮.材料成型工艺[M].北京:中国铁道出版社,2002.

[5]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册[M].北京:机械工业出版社,2003.

作者:王楷 单位:太重集团榆次液压工业有限公司

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