壳型铸造轿车发动机曲轴的研究与应用

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欢迎访问e展厅 展厅 11 铸造机械/压铸设备展厅 造型机, 压铸机, 消失模铸造设备, 混砂机, 烘砂机, ... 通过对壳型铸造曲轴工艺的研究试验，开发出成熟稳定、技术先进的壳型铸造曲轴工艺，几年来采用该212艺生产捷达、宝来、高尔夫、小红旗、吉利和华普等轿车发动机曲轴近70多万件。 1 曲轴壳型铸造工艺的研究开发 1.1壳型铸造工艺流程 壳型铸造是采用覆膜砂制壳，两壳粘接一起形成铸型，采用中频感应电炉熔化铁水并浇注成铸件的工艺方法，其主要工艺流程见图1。 1.2制壳工艺 制壳用覆膜砂。湿态覆膜砂组成及技术要求见表1。热法湿态覆膜砂的技术性能指标见表2。 曲轴壳型制作采用四工位射砂转动式制壳机和翻板式制壳机制壳。 1.3曲轴的单重与规格 捷达曲轴单重为13.6 k，曲轴轮廓尺寸为446Imm×142mm×130mm；小红旗曲轴单重18.2kg，曲轴轮廓尺寸为480mm×182mm×160mm；上海华普曲轴单重为13.0kg，曲轴轮廓尺寸为496mm×132mm×120mm。 1.4壳型曲轴工艺布置 采用垂直分型，每型2件曲轴， 立式底注，横浇道放置过滤网的铸造工艺。 1.5曲轴装箱工艺 采用壳型外侧充填铁丸（Φ2—4mm），要经过15—30s时间震实，每箱5个壳型，10件曲轴。 1.6发热保温冒口的试验开发 在曲轴国产化初期，曲轴补缩工艺为球形冒口。这种简单的球形冒口补缩效果不理想，曲轴解剖后，50%的曲轴轴径心部有缩松缺陷，为此先后开发试制了球形保温冒口、圆台状发热保温冒口和发热块。球形保温冒口保温补缩效果较好，但这种冒口制作复杂，使用时易掉渣，使曲轴产生砂眼等缺陷。圆台状发热保温冒口制作较方便，但也存在强度低及掉渣的问题，且成本偏高。进一步开发试制了发热块，其优点是制作简单、成本低、生产效率高、补缩效果也较好，同时不带来其他方面的影响。所以，一直到现在，曲轴都使用发热块作为冒口补缩辅助工艺。 1.7浇口杯的选择 浇口杯的作用主要有三方面。第一，要有利于浇注，在浇注过程中要有一定的容量，不能使铁水溢出壳外；第二，曲轴采用立浇底注式工艺，整个浇注系统为封闭式浇注系统，铁水流速比较快，所以为了防止浇注过程中卷入空气，要求浇口杯始终处于充满状态；第三，在浇注完成后，浇口杯内的铁水要留有一定的高度，确保有足够的补缩压头。根据以上分析；开始选择的浇口杯为扁形浇口杯，但该种浇口杯存在铁水容易溢出壳外的问题，因此将浇口杯改成圆台形。 1.8过滤网的选择 壳型曲轴采用立浇底注式浇注系统，过滤网放置及过滤网的种类、孔眼大小都至关重要。当过滤网放置在直浇道偏上方时，铁水压力小，过滤网通过率不够，.过滤网下部铁液无法充满，铁水就会夹带空气进入型腔，造成曲轴气孔缺陷。如放置在直浇道的最低位置，铁水压力过大，泡沫过滤网就会被冲坏，反而造成砂眼，同时由于铁水压力和冲力过大，铁渣就可能被冲过去，起不到挡渣的效果。因此，过滤网放在横浇道上则比较合理。通过生产验证，采用直孔陶瓷过滤网最佳，最合适的网孔尺寸为方孔1.5mm×1.5mm，过滤网的厚度为10-15mm。 2 熔炼浇注工艺的研究开发 捷达、小红旗和上海华普车的曲轴材质均为球铁，牌号为QT650-3、QT700-3，属于高强度球铁。 2.1熔炼工艺 采用2t中频感应电炉，熔炼功率为1300-1500kW，熔炼时间为60-80min。中频感应熔炼的优点为熔化速度快，铁水杂质少，铁水纯净，化学成分稳定，铁水温度容易控制，能较好满足球化孕育处理的要求。 针对曲轴加工性能等问题，对曲轴炉料进行大量的试验研究和改进，从提高曲轴质量和降低生产成本两方面考虑，目前曲轴的炉料还在不断地优化，但基本上是以废钢加增碳剂为主体的炉料，具体配料工艺见表3。 采用打包废钢后，铁水纯净度更-高，特别是P含量控制在0.05%以内，曲轴加工性能明显改善。 2.2球化处理工艺 对球墨铸铁曲轴其球化处理工艺非常重要，曲轴的力学性能主要依靠球化质量来保证，我们选用低镁球化剂，球化反应比较平缓，铁水一次出完，球化效果比较好。具体球化、覆盖等工艺改进如下。 球化剂（5%-7%Mg）→铁屑覆盖（1.5-2kg）→加铁水（400 g）一球化反应（50-70s）。 目前，采用低镁球化剂、铁屑覆盖，其工艺简单，球化反应稳定，球化效果好且成本低。 2.3孕育处理工艺 对于球铁铸件来说，孕育处理十分关键。几年来，我们对各种孕育剂进行了试用，如普通75硅铁孕育剂、含钡孕育剂、含锆孕育剂，但通过试验和生产验证，高效孕育剂（含钡和锆），对孕育效果影响并不大，关键是把握孕育过程和时间。采用三次孕育的工艺为球化处理加硅铁（一次孕育）→浇包加硅铁粉（二次孕育）→浇注随铁水流孕育（三次孕育）。 2.4浇注工艺 曲轴浇注采用250kg浇包，对大众和上海华普轿车曲轴，每包浇注5个型壳，1O根曲轴；对小红旗轿车曲轴，每包浇注4个型壳，8根曲轴。浇注工艺的关键是铁水浇注温度和浇注时间，通过试验确定，曲轴浇注温度控制高些为好，每个型壳浇注时间8～10s为最佳。对于浇注温度，铁水温度低，曲轴渣气孔增多，同时易产生浇不足、冷隔、大头缩孔和曲轴内部缩松缺陷；浇注温度过高（高于1460℃），曲轴易产生粘砂、漏壳和毛边过大的问题。另外，浇注温度高，铁水出炉温度高，影响球化效果，即球化反应过快，导致产生球化不合格。 3 曲轴的清理 曲轴浇注后，大约在50～60min，可以翻箱倒铁丸取件，铸件冷却到50℃以下，可以去除冒口和浇注系统，曲轴用悬挂式抛丸机进行表面抛丸，每组20件，大约抛丸15min左右，曲轴表面要达到无粘砂，光亮为好。采用电动角磨机和风动工具清理飞边毛刺。 4 曲轴的检验 4.1铁水的检验 要铸造优质的曲轴，必须保证铁水质量，特别是铁水的化学成分，其次是铁水的出炉温度（球化处理时铁水温度）和浇注温度。铁水化学成分检验元素及检验频次见表4。 采用直读光谱仪对铁水成分进行检验。铁水出炉前进行温度测试，采用先进的数显、语音提示并能与微机联网的测温仪，每炉测温次数为2—3次，出炉的温度一般控制在1500～1560℃，浇注时采用上述先进的测温仪进行测温，每个浇注包测1次铁水温度，并做记录。 4.2曲轴铸件的检验 （1）金相组织及硬度的检验 每球化包浇注出的曲轴铸件要进行金相组织和硬度的检验，其检验要求见表5。 （2）力学性能的检验 每班检验1次，每次2-3个试棒.其检验技术要求见表6。 （3）化学成分的检验 每炉检验2块样，用直读光谱检验，其化学成分要求见表7。 5 结束语 通过几年来的研究开发，用壳型铸造新的，并填补了一汽铸造公司没有壳型铸造工艺的空白。 用壳型铸造新工艺生产出来的曲轴毛坯，不但表面质量好（达到Ra3.2μm），尺寸精度高（达到CT6～CT5），而且化学成分稳定，力学性能好，曲轴本体取样抗拉强度能达到750N/mm2以上，QT650-3材质的曲轴伸长率都在5%以上，金相组织也非常稳定，球化级别都在1-2级，机体组织比较稳定。铸件内废率控制在1.5%以内，加工外废率控制在0.5%以内，综合废品率控制在。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/20/2007)