王 楷

（太重集團榆次液壓工業(yè)有限公司，山西榆次 030600）

離合器殼體屬于重型汽車變速器的重要部件，重量為 20.5 kg，牌號為 1E0596A（QT600-3），結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚相差較大（最薄處只有5.5 mm，最厚處有22 mm），鑄件孤立的熱節(jié)處易產(chǎn)生縮孔縮松缺陷，鑄件輪廓尺寸如圖1所示。鑄件要求使用X射線探傷，要求球化率≥80%，石墨球數(shù)大于100 mm2，磷共晶、自由碳化物總共不超過2%，且要求均勻分布，不能呈大塊狀聚集，或連成網(wǎng)狀。鑄件本體機械性能要求：抗拉強度≥520MPa，屈服強度≥345MPa，延伸率≥3%，硬度（HB）為 187～255，化學(xué)成分為：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%.

圖1 離合器殼體毛坯結(jié)構(gòu)圖

1 原鑄造工藝方案分析

初步工藝設(shè)計方案如圖2所示，濕砂造型，箱重約為37 kg，鑄件大平面為分型面，鑄件大部分位于下箱，鐵水從鑄件芯子同一側(cè)的兩個內(nèi)澆口澆注并設(shè)置熱冒口進行補縮，澆注系統(tǒng)采用的是封閉-開放式，鐵水通過直、橫澆道后進入熱冒口，在橫澆道設(shè)置過濾塊來阻止渣子進入型腔，并在上芯頭設(shè)置三根排氣針保證砂芯排氣通暢。

鑄件第一次試制（一包鐵水，13箱鑄件）時切片解剖了其中三件鑄件，切片解剖的間隔為15 mm～20 mm，如圖3所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)三件鑄件都是在相同的位置處有縮松缺陷，并且是在遠離澆冒口的一側(cè)，該缺陷位于圖4所示的凹槽內(nèi)。分析產(chǎn)生縮松缺陷的原因為，鑄件熱節(jié)周圈分布，熱冒口只能補縮鑄件的一側(cè)，另外一側(cè)的熱節(jié)補縮距離太遠，球墨鑄鐵件屬于內(nèi)生-糊狀凝固，處于糊狀凝固的球墨鑄鐵，共晶團之間的液體通道非常的窄和細，液體難以進行補縮，若得不到冒口的有效補縮，則共晶團之間的液體凝固時由于得不到補縮而形成縮松。

圖2 原鑄造工藝模板

2 優(yōu)化熔煉和工藝設(shè)計

資料表明，通過調(diào)整鐵水的共晶度，使寬結(jié)晶溫度范圍的鐵水轉(zhuǎn)變?yōu)檎Y(jié)晶溫度范圍的鐵水，更有利于鑄件結(jié)晶時形成逐層凝固，當(dāng)共晶度為1時，球鐵鐵水凝固溫度范圍可控制在40℃以內(nèi)，能有效減輕鑄件出現(xiàn)縮孔的幾率。在試制離合器殼體鑄件的過程中，采用了共晶度為1的鐵水。理論上縮松是由于液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮，合金的結(jié)晶溫度范圍較寬，傾向于體積凝固方式而產(chǎn)生的，鑄鐵液態(tài)冷卻時要產(chǎn)生體積收縮，凝固時析出石墨又產(chǎn)生體積膨脹。均衡凝固是利用膨脹和收縮動態(tài)疊加的自補縮和澆冒系統(tǒng)的外部補縮，使單位時間的收縮與膨脹、收縮與補縮按比例進行的一種凝固工藝原則。工藝方面采取的第一次改進措施，是在縮松位置的鑄件上表面做出寬10 mm和高10 mm的自帶槽，如圖2b）所示，目的是減小該處的熱節(jié)，此外在縮松缺陷的鑄件上表面設(shè)置了6根粗排氣柱。而且因為鑄件的充型速度較慢，故加大了內(nèi)澆口的面積，同時嚴格控制澆注溫度進行了第二次試制，同樣解剖其中的三件鑄件，發(fā)現(xiàn)在熱節(jié)處依然有縮松缺陷。分析原因：在鑄件的此位置處出現(xiàn)縮松，說明原工藝方案的兩個熱冒口不能保證鑄件補縮需要，故要提高冒口的補縮能力，需要采用特殊的冒口，且冒口本身要求在同樣或相當(dāng)尺寸下冒口模數(shù)要足夠大，因此第二次改進采用保溫發(fā)熱冒口的方案，選用亞世科的KS61C保溫發(fā)熱冒口，冒口模數(shù)為1.7 cm，一型放置兩個保溫發(fā)熱冒口，位置在鑄件孤立熱節(jié)的正上方，優(yōu)化工藝后的方案如圖5所示，在放置保溫發(fā)熱冒口的同時嚴格控制澆注溫度，進行第三次工藝試驗。

圖3 鑄件切片解剖圖

圖4 鑄件縮松缺陷圖片及位置

3 生產(chǎn)驗證

確定新工藝方案之后，鑄件第三次試制，共生產(chǎn)兩包鐵水的鑄件（24件）進行工藝驗證，選擇每一包鐵水中的前中后各三件鑄件進行試加工和切片解剖，未發(fā)現(xiàn)縮松缺陷，鑄件試加工后結(jié)果如圖6所示，對試加工后的鑄件進行X射線探傷，鑄件也均未發(fā)現(xiàn)縮松缺陷，說明采用此次改進方案的效果良好，繼續(xù)跟蹤發(fā)送到客戶的鑄件后續(xù)的加工情況，證明之前存在的縮松缺陷已經(jīng)得到徹底解決，產(chǎn)品質(zhì)量得到了很大的提升而且能達到穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖5 放保溫發(fā)熱冒口后模板圖

圖6 采用保溫發(fā)熱冒口試加工結(jié)果圖

4 結(jié)論

1）調(diào)整鐵水的共晶度為1，是解決球鐵鑄件縮孔和縮松以及增加鐵水流動性的關(guān)鍵技術(shù)；

2）對于遠離冒口孤立的熱節(jié)，受結(jié)構(gòu)所限無法及時補縮，應(yīng)采用保溫發(fā)熱冒口來解決此處熱節(jié)處的縮松缺陷，保溫發(fā)熱冒口可以使鑄件冷卻溫度趨于平緩一致，解決孤立熱節(jié)的補縮問題。而且采用保溫發(fā)熱冒口后，可以顯著提高鑄件的工藝出品率。

通過采取上述工藝改進措施，離合器殼體的鑄造工藝方案得到了完善，產(chǎn)品質(zhì)量也有了很大提升，鑄件內(nèi)部的缺陷得到消除。