CN108080569A - 一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，属于浇注加工领域。本发明包括以下步骤：步骤一、熔炼钢液，钢液中包括以下质量比的组分，C：0.25‑0.3％，Si：0.2‑0.5％，Mn：0.5‑0.9％，Ni：0.4‑0.5％，Cu：0.3‑0.4％；步骤二、制作泡沫模样和浇注系统，并将其在砂箱中振动紧实；步骤三、将熔炼好的钢液浇注使砂箱内泡沫模样消失并形成铸件；步骤四、铸件冷却后，取出铸件并做后续清理。本发明克服现有技术中车辆前从板座加工劳动强度高、加工效率低等不足，可以有效降低加工劳动强度，提高加工效率，并能避免前从板座结构变形，保障加工精度，有效提高产品加工合格率。
Description
一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及浇注加工技术领域，更具体地说，涉及一种车辆前从板座的消失模铸 造加工方法。
背景技术
[0002] 前从板座是车辆缓冲装置的一种零件，是车辆运行牵引和制动缓冲的重要受力零 件，其加工精度对其使用性能影响重大。目前对前从板座的加工普遍采用机械加工方式，但 机械加工存在加工精度较低、加工劳动强度高、加工效率低等不足，而使用普通的消失模铸 造工艺进行加工又难以满足前从板座的结构要求，使得其容易产生结构变形，加工合格率 较低。如何有效提高前从板座的生产合格率，并保障其加工质量是行业内急需解决的难题。 [0003]经检索，中国专利申请号：2016111753278,申请日：2016年12月19日，发明创造名 称为:消失模铸造工艺，该申请案公开了一种消失模铸造工艺，包括以下步骤：1、在成形机 中采用金属发泡模具生产泡沫模样或浇注系统;2、将模样和浇道粘接成模束模组;3、使用 涂料机对模束模组进行浸挂水基涂料;4、将模束模组放入砂箱，填入干砂;5、对砂粒和模束 模组进行烘干，烘干温度为20-400°C，烘干时间为18-24小时;6、振实台震动造型使干砂充 填到砂箱内腔并紧实，用塑料膜密封砂箱放置浇口杯;7、浇注使砂箱内泡沫模样气化消失 形成铸件，浇注时真空抽气;8、铸件冷却后，取出进行落砂和切除铸件浇冒口清理。
[0004] 又如中国专利申请号：2015108014098,申请日：2015年11月19日，发明创造名称 为:消失模铸造方法和铸造产品，该申请案公开了一种消失模铸造方法和铸造产品，该方法 包括:将涂料并烘干后的消失模白模放入砂箱;在砂箱内填入干砂以完成造型;对砂箱抽真 空并进行饶注;其中，消失模白模的易变形部位设置有用于防止该易变形部位发生变形的 支撑件。利用支撑件支撑易变形部位，能够防止在涂料、组模和造型过程中消失模白模的变 形，从而在铸造完成后能够获得所需形状的铸件。
[0005]以上申请案均对普通的消失模铸造工艺有所优化，但其仍无法直接应用于车辆前 从板座的铸造加工，无法满足前从板座对于加工精度和形状结构的要求，仍有进一步优化 的空间。
发明内容
[0006] 1.发明要解决的技术问题
[0007]本发明的目的在于克服现有技术中车辆前从板座加工劳动强度高、加工效率低等 不足，提供了 一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，与传统的机械加工相比，可以有效 降低加工劳动强度，提高加工效率，并能避免前从板座结构变形，保障加工精度，有效提高 产品加工合格率。
[0008] 2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0010]本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤一、熔炼钢液，钢液中包括以下质量比的组分，C: 0.25-0.3 %，Si: 0.2-0.5 %， Mn：0.5-0.9% ,Ni：0.4-0.5% ,Cu：0.3-0.4% ；
[0012] 步骤二、制作泡沫模样和浇注系统，并将其在砂箱中振动紧实；
[0013] 步骤三、将熔炼好的钢液浇注使砂箱内泡沫模样消失并形成铸件；
[0014] 步骤四、铸件冷却后，取出铸件并做后续清理。
[0015] 更进一步地，制作泡沬模样的泡沫比重为10-22g/cm3。
[0016] 更进一步地，钢液出炉时在钢液中添加脱氧剂。
[0017] 更进一步地，钢液出炉时在钢液中添加纯度为98-99%的铝作为脱氧剂。
[0018] 更进一步地，铝的添加量为钢液质量的1.8-2.2%。
[0019] 更进一步地，钢液出炉后在25min以内浇注结束。
[0020] 更进一步地，钢液出炉后在10-15min内完成浇注。
[0021] 更进一步地，钢液浇注温度为1620-1680°C。
[0022] 3.有益效果
[0023]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
[0024] (1)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，通过对钢液成分和各工 序的严密配合，只采用铸造工序即可将前从板座加工完成，无需另外机械加工，操作简单， 劳动强度小，生产成本降低，且铸件满足前从板座的加工尺寸和表面质量等各项要求，生产 合格率较高，适宜推广应用。
[0025] (2)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，制作泡沫模样的泡沫比 重为10-22g/cm3，对钢液有稳定的增碳效果，且变形较小，有助于控制铸件的收缩比和表面 质量，保障前从板件的浇注质量。
[0026] (3)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，在钢液出炉时向钢液中 添加铝作为脱氧剂，并控制钢液在25min之内浇注结束，将脱氧剂的添加时机与钢液的浇注 时间相配合，铝丝熔化后由于比重较轻，在倾倒钢水的浇注距离中将慢慢上浮带走气泡，并 通过浇注时间的控制，避免空气重新进入钢液内，避免铸件表面形成氧化层、气孔等缺陷， 保障浇注质量。
[0027] (4)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，直浇道顶部的浇口杯为 非轴对称形结构，其周向的侧壁包括一侧的锥形壁和另一侧的弧形壁，弧形壁的截面轮廓 线则为向外凸出的弧线，通过设置弧形壁使钢液形成旋转循环流动，避免直接冲刷产生杂 质，钢液在旋转过程中可以释放排出气体，避免钢液反向喷溅并减少气体夹杂，而且可以加 快钢液浇注流动速度，充分保障了钢液浇注质量，减少铸件出现夹渣、气孔等缺陷，铸件加 工质量和合格率有明显提升。
[0028] (5)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，直浇道底部还设有陶瓷 材质的滤网，可以有效滤除钢液中的氧化渣和杂质等，减少杂质进入模样的概率，防止有杂 质残渣等进入铸件中造成缺陷，与非对称形的浇口杯相配合，对钢液的初浇过程和后流动 过程都进行有效控制，全面保障钢液的洁净，提高浇注质量。
[0029] (6)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，滤网设置于上连接段和 下连接段之间，上连接段的渐扩式设计能有效增大滤网的过滤面积，并通过过滤孔的合理 设计，既保障钢液的充分高效过滤，又防止过滤堵塞，下连接段的渐缩式设计则有助于进一 步提高钢液流动速度，保障浇注质量。
附图说明
[0030] 图1为现有技术中前从板座的结构示意图；
[0031] 图2为现有技术中前从板座的俯视结构示意图；
[0032] 图3为现有技术中前从板座的侧视结构示意图；
[0033]图4为本发明中浇口杯的结构示意图；
[0034]图5为本发明中直浇道的结构示意图；
[0035]图6为本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法的流程示意图。
[0036] 示意图中的标号说明：
[0037] 101、底座；102、背板;103、立板;104、固定孔;105、安装孔；
[0038] 200、浇口杯；201、锥形壁;202、弧形壁;203、结合段；
[0039] 300、直浇道;301、上连接段;302、滤网；303、下连接段。
具体实施方式
[0040]为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
[0041]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、 “水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了 便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、 “第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0042]下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0043]实施例1
[0044]如图1-图3所示为现有技术中一种车辆前从板座的结构示意图，该前从板座包括 底座101，底座101的一侧设有背板102,底座101上还均匀间隔设有四块立板103与背板102 相连，且背板102的两侧对称开设有固定孔104,底座101上在相邻两块立板103之间开设有 呈条形分布的多个安装孔105,且多个安装孔105均匀间隔排列。实践中对于安装孔105和固 定孔104的加工精度要求较高，尤其是多个紧密排列的安装孔105,尺寸加工公差要求在土 0.5mm之间，且对于孔壁表面质量要求极高，普通的消失模铸造技术难以准确控制铸件收缩 比，无法保障铸件上多个安装孔105之间的尺寸精度，经常出现安装孔105变形问题，且孔壁 容易出现各种铸造缺陷，加工合格率极低。
[0045]为了尽量提高生产合格率，行业内一般采用机械加工或铸造加工与机械加工相结 合的方式生产该前从板座，其中铸造与机械加工相结合的方式应用更为广泛，即先采用常 规的消失模铸造工艺加工出由底座101、背板102和立板103组成的前从板座本体结构，然后 再采用机械加工方式，用铰刀加工出固定孔104和安装孔105,采用高精度机床可以保障孔 的加工精度，并避免变形和铸造缺陷问题，在一定程度上提高了产品合格率，但这种加工方 式需要两种完全不同的加工方式相结合，工序的转换费时费力，机械加工孔位时，还需要不 断地对刀找正，刀具磨损后需要重新拆卸安装定位等，操作繁琐费时，劳动强度较大，且高 精度机床设备加工成本较高，影响企业生产效益，因此如何能够全部采用更为简便低成本 的消失模铸造工艺，使其满足前从板座的高规格质量要求成为行业内研究的热点。本实施 例的消失模铸造加工方法正是针对这一问题而研发的。
[0046]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，如图6所示，包括以下步 骤：
[0047] 步骤一、熔炼钢液，具体可采用B级钢进行熔炼，钢液中包括以下质量比的组分，C: 0.25%，Si:0.2%，Mn:0.9%，Ni:0.5%，Cu:0.3%;以及不可避免的微量杂质；
[0048]步骤二、制作泡沫模样和浇注系统，并将其在砂箱中振动紧实;其中步骤一和步骤 二无明显先后顺序;泡沫模样根据前从板座的结构进行制作，与前从板座结构一致(包括固 定孔104和安装孔105)，可在成型机中采用发泡模具进行制作，浇注系统包括依次相连的直 浇道300、横浇道和分浇道，将泡沫模样和浇注系统粘结成模组，分浇道与泡沫模样相连，使 用涂料机对模组进行浸挂水基涂料，然后将模组放入砂箱，填入干砂，对砂粒和模组进行烘 干，烘干后振动造型使干砂充填到砂箱内腔并紧实，用塑料膜密封砂箱并放置浇口杯200， 浇口杯200与直浇道300顶部相连;泡沫模样上还设有补缩用冒口，泡沫模样与浇注系统、冒 口的制作粘结等均属于常规技术，在此不再详述；
[0049]步骤三、将熔炼好的钢液浇注使砂箱内泡沫模样消失并形成铸件，浇注时并采用 真空抽气；
[0050]步骤四、铸件冷却后，取出铸件进行落砂，并切除铸件冒口并做后续清理。
[0051]本实施例通过对各工序的工艺控制来保障对前从板座的加工精度，其中对钢液的 成分控制尤其重要，直接影响着铸件的收缩比和铸件的成型质量，C、Mn比例越高收缩比越 大，铸件变形越难以控制，且C的含量还影响着气孔的形成与否，C的含量过低时空气中C成 分容易进入钢液，而空气的进入又容易导致铸件中形成氧化层及夹杂气泡等形成缺陷。本 实施例通过对钢液成分的精确控制，结合各步骤的相互配合来保障整体工艺的可控性。首 先，制作泡沫模样的泡沫比重为10-22g/cm3，具体本实施例中为l〇g/cm3，泡沫的比重不仅影 响浇注表面质量，更影响着铸件收缩比，经长期实践总结和理论探索发现，超出该比重的泡 沫，过轻则发粒度较大，容易变形且表面粗糙度较大，成型铸件精度难以控制且表面质量 差;过重则发粒度较小，但泡沫增碳高，增碳效果不稳定，导致钢液中碳成分含量波动，铸件 收缩比不稳定难以控制，具体地，钢液浇注时泡沫模样被高温熔化燃烧产生C02,对钢液产 生增碳效果，本实施例采用的泡沫制作模样，在浇注过程中经熔化燃烧可以使钢液中碳含 量稳定增加〇_〇3_0.04%，本实施例在熔炼钢液时即考虑到泡沫模样的后续增碳效果，对初 始碳含量控制在0 • 25_0 • 3 %之间，经过后续少量增碳后铸件仍保持较好的收缩比。
[0052]需要说明的是，本实施例在钢液出炉时向钢液中添加脱氧剂，具体采用纯度(含铝 量)为98_99%的铝作为脱氧剂，可采用生产中常见的废铝丝或铝粒，且铝的添加量为钢液 质量的2 • 2 %。通过添加铝丝铝粒实现对钢液的有效脱氧，防止铸件中夹杂氧化层、气泡等 各种缺陷。本实施例脱氧剂的添加时机与钢液的浇注时间是相配合的，钢液出炉后控制在 25min之内浇注结束，浇注温度为1620°C。本实施例在钢液出炉时才添加铝丝铝粒，并在添 加脱氧剂后快速完成整个浇注过程，2-5min内铝丝即可熔化，且由于铝比重较轻，在倾倒钢 水的浇注距离中将慢慢上浮带走气泡，保障铸件的浇注质量;而浇注时间一旦超出控制，在 浇注距离内脱氧剂上浮结束，则空气会重新进入钢液中，在最终铸件表面形成氧化层、气孔 等缺陷。本实施例通过长期实践摸索，采用出炉时添加铝脱氧剂、同时控制浇注时间的方式 有效避免了以上问题，减少了铸件缺陷，提高了浇注质量，对于保障前从板座的加工精度提 供支持。
[0053] 本实施例的铸造加工方法通过对钢液成分和各工序的严密配合，只采用铸造工序 即可将前从板座加工完成，无需另外机械加工，操作简单，劳动强度小，生产成本降低，且铸 件满足前从板座的加工尺寸和表面质量等各项要求，生产合格率较高，且生产出的铸件经 检测，其抗拉强度彡485MPa，屈服点彡260MPa，延伸率彡24%，断面收缩率彡36%，冲击吸收 >20J(-7°C环境下），综合性能优良，满足使用需求。
[0054] 实施例2
[0055] 本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，基本同实施例1，进一步 地，本实施例中对浇注系统的设计同样不容忽视，如图4所示，本实施例中浇注系统包括依 次相连的直浇道300、横浇道和分浇道，分浇道与泡沫模样相连，直浇道300顶部则设有开口 大小向下渐缩的浇口杯200，其中浇口杯200为非轴对称形结构。浇注时钢液从浇口杯200中 浇入，依次经直浇道300、横浇道和分浇道进入泡沫模样中，行业内通常采用具有较好导流 作用的锥形或漏斗形浇口杯200,但实践应用中钢液仍容易出现杂质、氧化等问题，铸件中 仍会形成夹渣气孔等铸造缺陷，普通的锥形浇口杯200已经难以满足铸件的高规格要求。 [0056]本实施例的浇口杯200采用非轴对称结构，浇口杯200的周向的侧壁包括一侧的锥 形壁201，和另一侧与锥形壁201光滑过渡连接的弧形壁202,锥形壁201的截面轮廓线为倾 斜的直线，弧形壁202的截面轮廓线则为向外凸出的弧线，即弧形壁202的切线与水平面之 间的夹角由下向上是逐渐增大的，其中弧形壁202的截面轮廓线底部处的切线与水平面之 间夹角a为10°_20°，具体在本实施例中a为1〇°。浇口杯2〇〇的底部为与直浇道3〇〇相连的结 合段203，相对应地，结合段203也为非轴对称结构，结合段2〇3的周向侧壁包括一侧的锥形 侧壁，和另一侧与该锥形侧壁光滑过渡连接的圆柱形侧壁，其锥形侧壁的截面轮廓线为与 锥形壁201截面轮廓线平行且相连的倾斜直线，结合段2〇3的另一侧（即圆柱形侧壁)截面轮 廓线为竖直延伸的直线。
[0057]本实施例采用陶瓷材质的浇口杯200，浇口杯200的顶部开口直径为直浇道300内 径D的至少三倍，本实施例中具体为三倍;其中弧形壁202的开口大小远大于锥形壁201的开 口大小，弧形壁202的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离D1不小于直浇道300内径D的 1 • 5倍，具体在本实施例中为1 • 5倍。本实施例突破性地采用了非对称型浇口杯200，其一侧 保持传统的导流锥形结构，另一侧呈现出容纳性更好、坡度更大的弧状结构，且通过对夹角 a的精妙控制，使得在结合段203上方形成左右明显不对称的开口形状，钢液进入时一部分 经锥形壁201导流，更多的则是经弧形壁202内壁的阻挡，随着钢液流向在其内部形成旋转 循环，并与经锥形壁201导流的钢液形成内部旋流混合，一方面避免高温钢液直接冲击饶口 杯200形成杂质混入钢水中，同时避免钢液直接快速下流时产生大量气体造成铸件缺陷，且 大量气体难以溢出容易造成钢液反向喷出，形成钢液喷派。本实施例通过设置弧形壁2〇2使 钢液形成旋转循环流动，避免直接冲刷产生杂质，钢液在旋转过程中可以释放排出气体，避 免钢液反向喷溉并减少气体夹杂，而且可以加快钢液浇注流动速度，充分保障了钢液浇注 质量，减少铸件出现夹渣、气孔等缺陷，铸件加工质量和合格率有明显提升。
[0058] 实施例3
[0059]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，基本同实施例2,进一步 地，本实施例中直浇道300底部还设有陶瓷材质的滤网302，如图5所示，具体地，直浇道300 底部设有开口大小由上向下渐扩的上连接段301，上连接段301下方设有开口大小由上向下 渐缩的下连接段303,滤网302设置于上连接段301和下连接段303之间。滤网302的直径为直 浇道300内径的至少两倍(具体在本实施例中为两倍），滤网302上均匀开设有过滤孔，过滤 孔的直径为2-4mm，过滤孔之间间距(相邻两个过滤孔的孔壁之间间距)为5-6mm。
[0060] 本实施例采用陶瓷滤网302,有效滤除钢液中的氧化渣和杂质等，减少杂质进入模 样的概率，防止有杂质残渣等进入铸件中造成缺陷，与非对称形的浇口杯200相配合，对钢 液的初浇过程和后流动过程都进行有效控制，全面保障钢液的洁净，提高浇注质量;且陶瓷 滤网302具有很好的高温工作强度、抗热震性能和抗金属液流冲击的能力，具有极高的机械 强度和抗机械冲击能力，使充型平缓可靠，上连接段301的渐扩式设计能有效增大滤网302 的过滤面积，并通过过滤孔的合理设计，既保障钢液的充分高效过滤，又防止过滤堵塞，下 连接段303的渐缩式设计则有助于进一步提高钢液流动速度，保障浇注质量。
[0061] 实施例4
[0062]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，基本同实施例1，所不同的 是，本实施例步骤一中，钢液中包括以下质量比的组分，C:0.3%，Si:0.5%，Mn:0.5%，Ni: 〇.4%，Cu:0.4%;以及不可避免的微量杂质；步骤二中制作模样的泡沫比重为22g/cm3;步 骤三中钢液出炉时铝的添加量为钢液质量的2.0%，且钢液出炉后在10-15min内完成浇注， 钢液浇注温度为1680 °C。
[0063] 实施例5
[0064] 本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，基本同实施例1，所不同的 是，本实施例步骤一中，钢液中包括以下质量比的组分，C:0.28%，Si:0.3%，Mn:0.6%，Ni: 0.45%，〇1:0.45%;以及不可避免的微量杂质；步骤二中制作模样的泡沫比重为2(^/〇113; 步骤三中钢液出炉时铝的添加量为钢液质量的1.8%，且钢液出炉后在15min内完成浇注， 钢液浇注温度为1650°C。
[0065] 实施例6
[0066]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，基本同实施例3,所不同的 是，本实施例中弧形壁202的截面轮廓线底部处的切线与水平面之间夹角a为20°;浇口杯 200的顶部开口直径为直浇道300内径D的4倍，其中弧形壁202的开口大小远大于锥形壁201 的开口大小，弧形壁202的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离D1为直浇道300内径D的 2 • 5倍;滤网302的直径为直浇道300内径D的2.5倍。
[0067] 实施例7
[0068]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，基本同实施例3，所不同的 是，本实施例中弧形壁202的截面轮廓线底部处的切线与水平面之间夹角a为15°;浇口杯 200的顶部开口直径为直浇道300内径D的4.5倍，其中弧形壁202的开口大小远大于锥形壁 201的开口大小，弧形壁202的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离D1为直浇道300内径D 的3倍;滤网302的直径为直浇道300内径D的3倍。
[0069]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技 术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
- U—种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、熔炼钢液，钢液中包括以下质量比的组分，C: 0.25-0.3 %，Si : 0.2-0.5 %，Mn: 0.5-0.9%,Ni :0.4-0.5%, Cu： 0.3-0.4%； 步骤二、制作泡沫模样和浇注系统，并将其在砂箱中振动紧实； 步骤三、将熔炼好的钢液浇注使砂箱内泡沫模样消失并形成铸件； 步骤四、铸件冷却后，取出铸件并做后续清理。
- 2. 根据权利要求1所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，其特征在于:制作 泡沫模样的泡沫比重为10-22g/cm3。
- 3. 根据权利要求1所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，其特征在于:钢液 出炉时在钢液中添加脱氧剂。
- 4. 根据权利要求3所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，其特征在于:钢液 出炉时在钢液中添加纯度为98-99 %的铝作为脱氧剂。
- 5. 根据权利要求4所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，其特征在于:铝的 添加量为钢液质量的1.8-2.2%。
- 6. 根据权利要求4所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，其特征在于:钢液 出炉后在25m in以内饶注结束。
- 7. 根据权利要求6所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，其特征在于:钢液 出炉后在10-15min内完成浇注。
- 8. 根据权利要求1-7任一项所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法，其特征 在于:钢液浇注温度为1620_1680°C。
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