覆膜砂型芯負壓鑄造轉向節叉工藝的應用

摘 要：介紹了球鐵QT500-7汽車轉向機節叉采用覆膜砂型芯負壓鑄造工藝；簡述了模具參數，覆膜砂選用，型芯組合裝箱，陶瓷過濾器放置，負壓澆注工藝，熱處理工藝的確定；分析了工藝的優勢與不足。

關鍵詞：球鐵；覆膜砂；負壓鑄造；工藝

新鄉市鼎宏機械有限公司是以消失模鑄造工藝為主，以覆膜砂、呋喃樹脂砂、失蠟熔模鑄造工藝為輔的生產各種牌號的球墨鑄鐵、灰鑄鐵、抗磨鑄鐵等類鑄件的專業鑄造公司。主要為二汽配套生產QT450-10汽車零部件毛坯和湖北大禹閥門公司的QT450-10閥體、閥蓋、閥芯整套閥門毛坯，其中3寸美標閥門全部出口。2012年，我公司與中航工業新航轉向機公司共同開發轉向機節叉毛坯項目。月生產量10萬件，采用覆膜砂型芯負壓澆注工藝，批量生產取得了成功。

1 汽車轉向機節叉概述與工藝選擇

1.1 QT500-7轉向機節叉毛坯技術要求

目前，生產四個型號轉向機節叉，重量0.18-0.27kg，材質QT500-7，硬度HB170-229，目標控制HB180-200，硬度差小于HB10，球化率>85%，球化級別1-3級，表面粗糙度要求達到消失模鑄造的粗糙度。鑄件輪廓尺寸：62+0.5×41.5+0.5×30.5+0.5。主要壁厚7mm，不準有夾渣、氣孔等缺陷。鑄件的難點是尺寸精度高，表面粗糙度要求高，屬于汽車一類安全鑄件。根據鑄件數量大重量輕要求高的特點，我公司對毛坯工藝進行了探討與選擇。

1.2 轉向機節叉毛坯的試制與工藝確定

1.2.1 熔模精密鑄造工藝

對于幾百克的小件，推薦熔模精密鑄造工藝。采用水玻璃粘接劑，石英砂粉為耐火骨料，4-5層殼傳統精密熔模鑄造工藝。節叉粗糙度達到要求，尺寸嚴重超差，主要是在澆注過程中，出現型殼開裂的數量較多。經查型殼有足夠的強度，鑄鋼件型殼不開裂。我們認為是球墨鑄鐵凝固過程中的體積膨脹造成型殼變形或開裂，導致尺寸超差或跑火，放棄熔模鑄造工藝。

1.2.2 消失模鑄造工藝

轉向機節叉毛坯，均有3mm的開口，涂掛三遍涂料后，3mm的開口余有2mm左右，干砂不能震實，涂料支撐不了鐵水沖擊，使兩平面鐵液串門，導致鑄件報廢。消失模鑄造工藝有批量生產的優勢，能達到鑄件尺寸精度和表面粗糙度的要求，無法解決2mm開口處鐵液串門問題。在開口處預先用呋喃樹脂自硬砂填滿，一是工作量太大，二是白模變形，消失模鑄造工藝不能直接用于節叉毛坯的批量生產。

2 覆膜砂型芯轉向機節叉負壓澆注工藝

2.1 覆膜砂型芯模具參數的確定

模具材質使用導熱性較好的灰鑄鐵HT200。澆注組元尺寸與布局。澆注系統放置陶瓷過濾器，采用封閉式澆注系統，各組元的尺寸為直澆道？準32，橫澆道38×27，每件內澆口4×8×2，∑直：∑橫：∑內=1：1.3：0.8；起模斜度：鑄件1°，殼型邊沿8°；收縮率：0.3-0.6%；分型負數：0.2。

2.2 覆膜砂與涂料的選用

2.2.1 覆膜砂的選用

轉向機節叉毛坯尺寸精度高，表面粗糙度要求高，砂芯最薄一塊30×25×3。選用粒度140/70，流動性好，高強度，低膨脹，低發氣商品覆膜砂。技術參數：砂子粒度140/70；樹脂加入量1.5-2%；常溫抗拉強度5.1MPa；熱態抗拉強度2.6MPa；熱膨脹率1000°C，0.6%；固化時間90s；發氣量850°C，13ml/g。

2.2.2 涂料與施涂方法

采用兼顧光潔與防粘砂的酒精涂料，在型殼上套模板噴涂料，避免噴到芯頭和影響型芯組合的部位。噴涂壓力0.3-0.5MPa，涂料密度1.2-1.4g/cm3，噴涂一遍，涂料厚度約為0.15左右，粗糙度達到要求，鑄件與澆注系統不出現粘砂現象。

2.3 陶瓷過濾器放置與型芯組合裝箱

2.3.1 陶瓷過濾器選用與放置。

選用碳化硅質15PPI陶瓷過濾器，帶座水平放置澆口杯下面。過濾器尺寸φ60×22，鐵水通過量25-35Kg，流速2kg/s。既能滿足10層100個節叉毛坯和澆注系統的鐵水用量，又能滿足鐵水充型速度。過濾器座使用覆膜砂成形的喇叭口形狀的大口端帶有臺階的成型座，過濾器座大口（外徑）74×（內徑）？準54×（高）43，帶有裝過濾器的臺階，小口（外徑）？準53×（內徑）？準33×（高）43，裝過濾器時，先在過濾器的外徑上用紙膠帶封閉外圓，防止砂子進入過濾器，再用粘接劑將過濾器粘接組裝在基座上，然后將過濾器組件用呋喃樹脂砂固定在上層型殼上，待下芯合型裝箱組合時使用。

2.3.2 裝箱與型芯組合

在負壓箱中放200厚底砂震實刮平，將覆膜砂型芯在負壓箱中下芯組合，疊高10層，層與層之間的縫隙用紙膠帶密封，防止抽負壓時砂塵進入型腔，每組間隔80-100，然后放干砂震實，砂箱上口用塑料薄膜密封，塑料薄膜上面放澆口杯，澆口杯周圍平攤50厚砂子，防止澆注時濺出鐵液，燒壞密封的塑料薄膜，造成負壓達不到要求。

2.4 熔化與負壓澆注工藝

2.4.1 配料與熔化

為保證鑄件質量，我公司采取合成高韌性鐵素體球鐵的生產工藝，加大一級廢鋼用量，添加相應增碳劑，減少新生鐵用量或不用新生鐵，配入適當回爐料，控制鐵水含硫量。配料比例：廢鋼70%，回爐料30%，增碳劑3.3%，適當硅錳鐵，預留廢鋼150Kg作為調整成分使用。爐前用天津匯豐生產的爐前鐵水質量管理儀，型號HF-2000T，快速檢測鐵液成分，含碳量低時，直接向爐內加增碳劑，碳吸收率按加到爐底的50%計算，含碳量高時，向爐內加入廢鋼。 原鐵液成分控制：3.6-3.8%C，1.4-1.6%Si，（最終控制2.4-2.6），Mn≤0.3%，P≤0.035%，S≤0.025%。硅含量可以在出鐵水孕育時調整。出爐鐵液溫度控制為1550-1570°C。采用無錫永新專用稀土鎂硅球化劑，成分為：RE1.7-2.1%，Mg5.2-6.1%，Si41-44%，微量元素適量。使用500Kg堤壩式球化包，經過球化拔渣到達澆注工位實測鐵液降溫80-120°C。考慮到泡沫陶瓷過濾器的影響，澆注溫度定為1430-1450°C。

2.4.2 澆注與負壓

澆注隨流孕育0.1%，粒度100-200目75硅鐵。使用含鋇孕育劑效果更好；負壓控制0.01-0.015MPa，防止鑄件粘砂。鑄件鑄態金相組織為基體為鐵素體+珠光體，球化級別2-3級，石墨大小6-8級。

2.5 熱處理工藝

熱處理工藝為400°C以下裝爐，升溫速度≤200°C/h。600°C，保溫2.5-3h，250°C出爐空冷。鑄件與試塊同時熱處理。測得鑄件最薄處HB183，最厚處HB180；Y型試塊HB180，σb=515MPa，δ=16%。

3 結束語

生產實踐表明，覆膜砂型芯負壓澆注球鐵轉向機節叉毛坯工藝可行。解決了疊高10層澆注跑火的問題，解決了字跡模糊、部分鑄件尺寸超差，凹槽成形不理想的問題。負壓澆注加快了鐵液充型速度，加大了型殼強度，提高了鑄件密度，明顯比非負壓澆注的毛坯棱角分明、字體清晰，尺寸精度高。采用負壓澆注工藝，型殼外有砂子充填負壓緊實，澆注過程中型殼不會開裂跑火。該工藝已投入批量生產。需要改進的是減薄型殼厚度，降低砂鐵比，降低成本。

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作者簡介：朱景芝（1958-），男，河南新鄉人，學士，工程師，主要從事灰鐵、球鐵，高鉻鑄鐵熔煉和砂型與消失模鑄造工藝應用研究。