用鐵模覆砂工藝生產曲軸

江潔等

摘要：介紹了鐵模覆砂工藝應用于生產球墨鑄鐵曲軸，同時介紹了鐵型設計、覆膜砂性能要求和工藝流程特點。指出了鐵型覆砂鑄造工藝生產球鐵曲軸件是一種發展趨勢.

關鍵詞：鐵模覆砂；曲軸；球墨鑄鐵

引言

曲軸是發動機上的一個重要的機件，它的使用性能對機車的運行有重大的影響。在發動機運行中，曲軸受力大且復雜，并承受交變負荷的沖擊作用，往往產生彎曲、扭轉、剪切等變形問題，造成曲軸斷裂或者軸頸磨損，其中疲勞斷裂占了80%。變形與熱處理的工藝、處理效果的好壞都有直接的關系。曲軸的材料現以球墨鑄鐵和鋼為主，由于球墨鑄鐵的切削性能良好，并且可以通過各種熱處理和表面強化處理來提高曲軸的抗疲勞強度、硬度和耐磨性，因此應用十分廣泛。

1.球墨鑄鐵應用于曲軸

球墨鑄鐵有鐵素體、鐵素體―珠光體及珠光體等三種基體組織，球鐵的良好機械性能與其組織特點是密切相關的。研究資料表明，珠光體基體的組織較鐵素體組織具有更好的常溫抗拉強度、耐磨性和抗疲勞強度性能，所以在生產中為促進基體為珠光體組織，常采用加入Cu、Mn、Cr、Mo、Sn、Sb等合金元素，但是合金化并不是達到預期性能的全部，通常還需要結合曲軸的大小，采用各種鑄造工藝來共同實現。

曲軸鑄造的造型工藝有普通粘土砂型鑄造、殼型工藝、鐵模覆砂工藝等，采用鐵模覆砂工藝，在粗成型的鐵型內壁覆上一定厚度的型砂完成造型，而后澆注成型。能夠提高了鑄件尺寸精度和鑄件的內部質量，提高勞動生產率，降低加工成本。

2.鐵模覆砂工藝

2.1.覆膜砂性能要求

鐵模覆砂生產球鐵曲軸所使用的覆膜砂選用外形圓整的原砂，且對其進行凈化處理，要求SO2>90%。由于有鐵模做背襯，覆膜砂對抗拉強度的要求比一般殼型鑄造要低

2.2.鐵型的設計

鐵型設計主要從鐵模壁厚、覆砂層厚度、射砂孔布置以及排氣等方面考慮。當鐵水注入鐵模覆砂鑄型后，在鐵模-覆砂層-鑄件這三者之間，溫度主要降在覆砂層上。鐵型在鑄件澆 注后要升溫，鑄件落砂后要降低溫度，由于鑄件的凝固速度直接影響其機械性能的提高，如本市某企業生產小缸徑球鐵曲軸，根據曲軸壁厚選擇鐵模壁厚為25mm，砂層的厚度為5-8mm。另外還要設計好鐵型的排氣和分型面的排氣，曲軸上的射砂孔可以當做排氣孔使用，當合箱后要確保氣體能從排氣道排出。總之設計的鐵型要滿足一定的強度和剛度，以保證其使用壽命。

2.4.鑄件的質量分析

生產小缸徑曲軸的鐵型厚度采用了25mm，可以有效控制鑄件的冷卻時間，在冷卻速度上優于普通粘砂造型，也使鑄件不易出現白口。以往采用砂型鑄造的基體珠光體含量少，球墨個數少，廢品率高達15%，改采用鐵模覆砂造型后，由于金屬液冷卻速度快，能夠使鑄件晶粒細小，鑄態珠光體球鐵基體中珠光體的含量高達90%以上，球墨細化，鑄件成品率 大大提高。珠光體球鐵具有較高的強度和適當的韌性，鐵模覆砂鑄態生產的曲軸抗拉強度達到800-850MPa，伸長率達到3%-6%，力學性能也得到了很大的提高。

3.總結

采用鐵模覆砂鑄造曲軸簡化了工藝，能夠保證球體基體的珠光體含量達到所需的要求，提高了曲軸的內在質量和性能，生產的曲軸件的形狀及尺寸精度高，并且減小了加工余量，覆膜砂用量少，節約了制造成本。鐵模覆砂工藝是生產曲軸等軸類零件的發展趨勢。

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作者簡介：江潔（1981.2-），講師，碩士，主要從事機械專業的教學和研究工作。

基金項目：麗水市公益性技術應用項目（2012JYZB31）