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轿车曲轴的铸造工艺 |
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作者： 来源：CMJ 中国机械与金属 |
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轿车曲轴是发动机中的重要零部件之一。轿车曲轴一般采用锻造而成，但是制造工艺复杂、成本较大。 随着铸造工业的飞速发展，国外汽车企业研究发现铸造曲轴的强度和寿命都能满足产品设计要求，且其还具有生产成本低、制造工艺简单、生产周期短的特点；特别是壳型铸造的铸件更具有产品表面质量好和易于加工等优点。因此，国内外领先汽车企业已广泛应用铸造曲轴。
轿车铸造曲轴一般采用球墨铸铁为铸造材料，在冲天炉或大容量的电弧炉进行熔炼、脱硫，再转到小容量的工频电炉进行调质和球化处理，然后在流水线上进行连续浇注成型，再经过冷却、开箱、切割浇冒口、清理、毛整、初检，最终检验后转到机加工车间。
铸件曲轴的工艺流程
下图为铸件曲轴的工艺流程，流程中有★为关键工序。
图1 铸件曲轴的工艺流程
原料控制
首先主机厂应对铸件曲轴所选用的生铁、原砂、脱硫剂、球化剂、合金材料等原辅材料的供应商进行供货质量能力评定，凡是质量能力评定满足规定要求的供应商才能进行首批样品和批产样品的试生产；其次应对试生产合格的原辅材料供应商按照产品要求制定技术协议和验收协议；最后，主机厂将按照检验规范要求对供应商提供的原辅材料进行入库检验，决不允许不合格的原辅材料投产使用。
加料控制
为确保铸件曲轴的内在质量，必须对原材料的炉批号和这些原材料的配料比例进行严格控制，铸件曲轴的原材料一般采用新生铁、回炉料、废钢和合金材料按规定的比例配合而成。必须注意，车间配料应严格按确定的配料工艺执行，并记录各类原材料的配料计算数据。原材料中采用的新生铁为球墨铸铁的新生铁，采用的废钢一般为普通碳钢，回炉料采用的是铸件曲轴浇冒口和废品，对于废钢、回炉料、生铁和合金材料必须保持干净，不同的材料应严格按规定区域放置、并标明标识，不准混合堆放。
熔炼控制
熔炼最好是在较大容量的电弧炉中进行，该炉具有表面氧化程度低、炉内熔炼金属液成份均匀、炉内温度可控性好、炉子使用寿命长和自动化程度高等优点。熔炼的操作程序一般为配料、加料、熔化、熔清后扒渣，当铁水温度达到1540℃左右时进行测温、取样作光谱分析。这样就能减少铁水因温度的差异而造成铁水化学成份的差异，从而保证产品质量的稳定性。必须注意，每日的测温情况应作质量控制图进行分析。
脱硫控制
铁水中硫含量是有害的化学物质，硫的含量过高将影响铸件的球化效果和曲轴的产品寿命。脱硫是在小容量的脱硫包中进行，脱硫温度一般控制在1590℃左右，脱硫后温度一般会降低到1450℃左右，并要求铁水中含硫量小于0.008%。脱硫前搅拌头与脱硫包必须进行充分预热，脱硫时间一般应控制在7秒左右。
调质控制
脱硫后应根据铁水化学成份的分析报告，对铁水成份按工艺规范要求进行材质调整，并对铁水中碳、锰、镍、硫的含量作质量控制图，以便掌握铁水化学成份的变化规律。调整材质是在小容量的工频电炉中进行，调整材质的温度一般控制在1520℃左右。
球化控制
球化温度一般控制在1520℃左右，每次球化的出铁量应控制在680kg左右，球化剂粒度一般采用5-20mm，加入量一般为8kg左右。球化剂必须置于球化反应包中反应室内，其上覆盖干燥、清洁的废钢片，球化反应包应充分预热。出铁球化时，应观察球化反应情况，并在质量控制图上记录球化反应时间。
原砂和树脂控制
每批型砂和树脂进入车间必须有质量保证书和性能测试报告，并且应包装完整、标记明确和没有受潮，每批使用的原砂和树脂等壳型砂原料应按先进先出原则，还须按规定要求对混制后的壳型砂进行抗弯、抗拉、发气量、高温强度和透气性的试验，并根据试验报告及时调整壳型砂的配比。
制壳控制
为保证制壳质量，在制壳前必须对使用的模板质量进行检查。应检查模板顶杆高度是否符合规定要求；模板排气塞是否通畅；模板表面是否平整和干净；模壳黏合间隙是否符合规定要求。制壳采用壳型机，模板温度一般控制在200℃左右。
粘壳控制
在粘壳前必须对壳型浇口进行打磨，并根据要求完成壳型完好性检查。粘壳采用粘壳机，粘合时间为5秒左右。壳型粘合后必须对模壳的弯曲度和壳型隙缝利用专门量具按规定要求进行100%检查，并将实际测量的情况记录在质量控制图上，然后再按工艺的规定要求加入孕育剂。
落模控制
落壳模前应先清理砂箱边角内铁丸和杂质，然后将合格的壳模放入铁箱内。壳模放入位置必须正确，壳模的基准面应靠足。必须注意，壳模应竖直，不能歪斜放入。要盖严定量杯，防止铁丸进入型腔。
震实控制
砂箱内加铁丸止于箱顶以下20mm左右，然后紧实壳型，震实频率应根据使用状态及时调整，震实时间应确保在浇注时有足够的合型力，不使壳型分型面涨开而造成铸件分型面厚度超差，震实时间一般选择在20秒左右。
浇注控制
在浇注前应将浇注孔塞头垂直塞住浇注孔，不可偏斜以防止冷铁水进入型腔。并在铁水扒渣后进行测温，铁水温度控制在1430℃左右，并按工艺规定作质量控制图。浇注用球化包直接进行，浇注时铁水应对准孕育块冲入，铁水冲满后应在定量杯中停留5秒钟左右再拔塞头。必须注意，（1）相邻未浇注的壳型应用挡板挡好以防止铁水溅入壳型形成冷铁豆；（2）浇到规定的壳模数时应取样进行化学成份分析；（3）严格控制浇注时间，并做好记录，从球化反应结束到浇注完毕整个过程应控制在8-10分钟，超过规定时间未浇注的铁水应倒掉；（4）铁水浇注后砂箱必须停顿2秒钟左右才能开动流水线。
冷却开箱
浇注后铸件随箱冷却，时间应大于2小时，然后开箱倾倒砂箱内全部铁丸，并将铸件按炉号、包号分别堆放。
切割浇冒口
在浇冒口专用切割机上切割铸件浇冒口，浇冒口切割时应定位准确，避免歪斜，切割后的铸件应轻轻放到输送线，防止重撞。每班首件和更换砂轮片的零件应按工艺规定要求进行测量，砂轮片应按工艺规定数量进行更换。
清理控制
浇冒口切割后的铸造曲轴应放入抛丸机内进行清理，清理使用的钢丸规格为Φ1.0-Φ1.5，应定期检查钢丸的碎裂情况，当钢丸直径小于规定尺寸时应及时更换。铸件抛丸后应无表面缺陷。对于铸件未能去除的飞边、毛刺等缺陷应用专用砂轮按规定要求进行彻底清理。
初检
初检必须在清理后进行，初检的方式主要是外观质量检验。清理后的曲轴铸件应放置于输送线上，由检验员按照检验规范和缺陷标样进行全数检验，并做好缺陷记录，以便采取质量改进措施时使用。然后将检验好的曲轴铸件按炉号、包号分别摆放到工位器具内，并挂上标明浇注日期、炉号、包号的合格标签。同时还应按检验规范要求对铸件进行金相组织和机械性能的检验。
图2 天润曲轴股份有限公司的悬挂式正火线
终检
由于曲轴是汽车的安全件，而且零件还有许多非加工表面。因此，曲轴铸件必须有以下几方面的检验。
（1）尺寸检验：对毛坯总长、加工定位基准尺寸、曲轴的轴径外园应进行全数检验；对铸件弯曲度和铸件错边量进行抽样检验。
（2）材质检验：对铸件按炉号进行金相组织、机械性能和硬度的检验。
（3）重量检验：对曲轴铸件按炉号进行抽样检验，允差为±5%。
（4）表面质量检验：对铸件表面进行目测检验和进行无损探伤。经检验合格的曲轴铸件在进行防锈处理后，应整齐摆放在工位器具内，并挂上明确浇注日期、炉号、包号的合格标签，同时将曲轴铸件的发放记录按照炉号、包号登记在册以备追溯需要。凡铸件在各类检验中发现表面缺陷的产品必须按炉号、包号做好检验记录和汇总分析，同时制订纠正措施和进行质量改进。
总之，经过改进，曲轴铸件的产品质量不断地提高。
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(5/27/2011) |
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