CN110405142B

CN110405142B - 一种汽车垫块铸造方法

Info

Publication number: CN110405142B
Application number: CN201910800836.2A
Authority: CN
Inventors: 鄢天灿; 梅益; 杨昌伟
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2039-08-28
Also published as: CN110405142A

Abstract

本发明公开了一种汽车垫块铸造方法，该方法包括步骤：造型、造芯材料的选择；分型面的选择；浇注位置的确定；采用一箱两件；设置铸造收缩率；设置起模斜度；砂芯设计：采用模块化砂芯结构；浇注方式选择；冒口和冷铁设置；出气口设置；上箱高度高于下箱高度的砂箱；将铸造设备的各个部件组装后，采用常规的铸件浇注方法进行浇注获得汽车垫块铸件。本发明采用分块设计（模块化结构）的砂芯成型，降低了砂芯的制造难度，且在砂芯与砂芯之间设置定位部分和芯头，使砂芯在上下型之间的位置不会产生偏移，这样能提高铸件精度，有效的避免错位，提高出品率，设置冷铁有效解决铸件底部环状厚大部位冷却较慢导致容易产生热节的问题，控制铸件的凝固顺序。

Description

一种汽车垫块铸造方法

技术领域

本发明涉及一种汽车垫块铸造方法，属于汽车垫块铸造技术领域。

背景技术

垫块属于大平面板类铸件，运用于汽车领域，通常实用材质是球墨铸铁QT450-10。铸造出的铸件需要保证良好的表面质量和较高的尺寸精度，同时必须保证其在复杂环境下工作时具备优良的力学性能；且应避免其表面产生裂纹、冷隔缩孔缩松等缺陷。垫块轮廓尺寸为259mm x 179mm x 102mm，最大壁厚为18mm，平均壁厚为8.8mm，最小壁厚为8mm，其净重达到7.4kg。垫块为空腔的板件类壳体铸件，整体结构相对对称，含有较多孔和槽结构，其内部有两个较大圆柱空腔，两圆柱空腔周围有9个加强肋，对铸件外围起到保护和密封的作用，加强肋的厚度均为8mm。其三维模型如图1所示。垫块主要运用于汽车领域，垫块有两个泵体空腔和两个较大平面，要求垫块具有一定的减震性，且在两个内腔部分精度要求较高，综合考虑铸件材料选择QT450-10，其铸造性能、机械加工性能优于钢材。

现有的垫块铸件存在铸件铸造效率低，尺寸精度较低，易产生缩孔缩松、冷隔及裂纹等缺陷，生产出的铸件质量难保证，无法满足其相关的性能及工作要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种汽车垫块铸造方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种汽车垫块铸造方法，铸造方法铸造的垫块包括底板、A面板和B面板，A面板和B面板位于底板上侧，A面板通过圆柱空腔连接到底板，B面板通过圆柱空腔连接到底板，每个圆柱空腔侧壁外周向上下布置有若干加强筋，该方法包括以下步骤：

第一步、造型、造芯材料的选择：选用手工造型和制芯，选用树脂自硬砂作为砂型和砂芯的造型材料；

第二步、分型面的选择：选择待铸造垫块的A面板或B面板的台阶底面为分型面；

第三步、浇注位置的确定：浇注位置和分型面设置在同一个平面，将零件倒置浇注，即：把待铸造垫块的A面板和B面板放置于底面；

第四步、采用一箱两件，同一个浇注道连通两个浇注型腔；

第五步、设置铸造收缩率：铸造收缩率为0.8%；

第六步、设置起模斜度：拔模斜度值为α=0°35′；

第七步、砂芯设计：铸件中间部分的成形，加强肋与加强肋之间凹槽的形成，砂芯采用分块结构，在砂芯与砂芯之间设置定位部分和芯头，砂芯包括围在零件一周的1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯以及顶部的4#砂芯和5#砂芯；1#、2#、3#三个砂芯放置于同一水平面，且砂芯高度完全相同， 1#、2#、3#砂芯下芯头高度为20mm，下芯头斜度为8°，1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯的上芯头与4#、5#两个砂芯定位，砂芯高度为9mm，上芯头斜度为8°，下芯头形状选择长方形或梯形，上芯头是15mm×15mm的方块，1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯以及顶部的4#砂芯和5#砂芯设置排气孔；

第八步、浇注方式选择：采用漏斗形浇口杯，漏斗形浇口杯下端与竖直的直浇注上端连通，直浇道下端与横浇道中部连通，横浇道两端垂直连通有与铸件型腔分型面处连通的两内浇道，直浇注与横浇道连通处设置过滤网；

第九步、冒口设置：在铸件上端面设置冒口，冒口位于空腔口一周，设置环形冒口；

第十步、冷铁设置：铸件底部空腔口一周设置环状冷铁；

第十一步、出气口设置：出气口设置在铸件顶部凸台处，凸台远离浇注通道处；

第十二步、选择上箱高度高于下箱高度的砂箱；

第十三步、将铸造设备的各个部件组装后，采用常规的铸件浇注方法进行浇注获得汽车垫块铸件。

步骤八中横浇道断面做成梯形，内浇道制成扁平梯形，在横浇道两端设置冒渣口，直浇道正下方的横浇道底部设置集渣包。

步骤一中树脂自硬砂选择呋喃树脂自硬砂。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明效果如下：

（1）本发明铸件上无法直接成型部分采用分块设计（模块化结构）的砂芯成型，降低了砂芯的制造难度，且在砂芯与砂芯之间设置定位部分和芯头，使砂芯在上下型之间的位置不会产生偏移，这样能提高铸件精度，有效的避免错位，提高出品率，针对铸件底部环状厚大部位冷却较慢，容易产生热节，所以在这些地方需设置冷铁，控制铸件的凝固顺序；铸件顶端设计了出气口，便于金属液顺利进入型腔，产生的气体也可通过出气口排出，铸造工艺方法生产铸件，简化了设计工艺流程，设计及制造效率较高，灵活性强，生产出的铸件精度较高，质量得以保证，满足工作要求；

（2）采用呋喃树脂自硬砂造型，根据铸件结构特点，铸件顶部两圆柱空腔处需设置冒口对其进行补缩能够降低模具设计成本，而且排样的各个零件之间不会产生干涉，制造效率高。

附图说明

图1是铸件结构示意图；

图2是铸件分型面结构示意图；

图3是砂箱内铸件排列前视结构示意图；

图4是砂箱内铸件排列俯视结构示意图；

图5是铸件加工余量等轴侧结构示意图；

图6是铸件加工余量下侧立体结构示意图；

图7是砂芯模型结构示意图；

图8是浇注系统示意图；

图9为带排气孔的砂芯模型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1- 8所示，一种汽车垫块铸造方法，该方法包括以下步骤：

第一步、造型、造芯材料的选择：本铸件为中型小批量生产，根据铸件的结构特点，采用机器造型制芯将无法将其内部的复杂结构做出，故选用手工造型和制芯，选用树脂自硬砂作为砂型和砂芯的造型材料；树脂自硬砂选择呋喃树脂自硬砂；

本铸件为球墨铸铁件，选用的是树脂自硬砂作为砂型和砂芯的造型材料，

树脂自硬砂添加剂质量分数配比为：硅烷为0.1%～0.3%，氧化铁粉为1.0%～1.5%，甘油为0.2%～0.4%，苯二甲酸二丁酯为0.2%，邻苯二甲酸二丁酯为0.2%，硅烷0.1～0.3%，作为偶联剂，提高强度，降低树脂加入量，氧化铁粉 1.0～1.5 %，防止气孔，甘油 0.2～0.4%，增加砂型、砂芯韧性，苯二甲酸二丁酯 0.2%，增加砂型、砂芯韧性，邻苯二甲酸二丁酯0.2%，增加砂型、砂芯韧性。

树脂砂对原砂的品质要求较高，因此应选择含泥量低、角形系数小于1.3及粒度适中的原砂，本次工艺选择的原砂为硅砂。

本铸件制芯所用的砂选择的是呋喃树脂自硬砂，适用于单件、小批量生产中、大型铸铁件。

第二步、分型面的选择：分型面是指上下两半铸型相互接触的表面，如图2所示，选择零件上侧台阶底面为分型面，选择此处作为分型面，既避免了吊芯，又降低工作难度，采用一箱两件，预设浇注系统于两铸件之间，这样减少一次浇注所需金属液的量，降低成本，使浇注系统先凝固，还可以利用浇注系统的拉力减少铸件收缩；

第三步、浇注位置的确定：选择铸件浇注位置时应遵循以下几点原则：

(1)铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面；

(2)应尽可能使铸件的大平面朝下；

(3)应保证铸件能充满；

(4)应尽量减少砂芯数量；

铸件凝固原则：均衡凝固,充分利用铸件在凝固过程中石墨化膨胀的特点，改变传统大冒口工艺，提高铸件质量，节约铁液；

在选择铸件浇注位置的时候，将浇注位置和分型面设置在一个平面，将零件倒置浇注，即：把垫块两个大平面放置于底面；垫块铸件主体都位于上箱，这样能减少错位，方便设置浇注系统，降低后期工艺成本，提高铸件质量。垫块的浇注位置设置在图2所示分型面上，根据垫块的结构特点，把两个较大的平面放置于底面，这样方便设置上下芯头，对提升铸件精度有很大帮助，且这样的浇注位置减少了砂芯数量，而顶面是一个不规则面，这个面上存在较多的加强肋和圆柱突出块，突出块可以收集缺陷，这样使得铸件上表面的缺陷都集中于圆柱形突出块中，在圆柱形突出块处设置冒口，使缺陷集中于冒口上，减少了铸件的缺陷，提高出品率，这种浇注位置容易得到优质的垫块组织。本铸件属于小型铸件，采用的一箱两件的生产方式，采用底注式浇注可以避免金属液飞溅产生氧化和卷气现象。

第四步、采用一箱两件，同一个浇注道连通两个浇注型腔，两件铸件并排排列，如图3-4所示；

铸件工艺参数的确定：机械加工余量：为保证零件的加工面尺寸和精度，在铸造工艺设计时，在预设加工余量表面时，将加工余量表面增加一定的加工余量厚度。本铸件所选材质为球墨铸铁，采用呋喃树脂自硬砂手工造型，机械加工等级选择范围为E～G级。结合铸件的浇注位置，对铸件不同部位设置不同等级的“加工余量等级”；铸件加工余量的设置位置图5-6所示A、B、C和D面。

本铸件的铸造公差等级为CT11级，根据铸件的尺寸公差等级、机械加工余量等级及铸件的最大轮廓尺寸确定加工余量的数值，各面的加工余量：A面加工余量为1.5mm，B面加工余量为1.5mm，C面加工余量为0.5mm，D面加工余量为2mm。

第五步、设置铸造收缩率：本铸件内部多处需设置砂芯，且有9个加强肋，加强肋的设置能有效阻碍铸件收缩，铸件的铸造收缩率为0.8%；

第六步、设置起模斜度：铸件采用组芯造型，选用模样拔模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚公差要求即可。根据自硬树脂砂造型，拔模斜度值为α=0°35′，起模斜度a=2.6mm；

第七步、砂芯设计：铸件中间部分（无法使用上型或者下型直接带出的部分）的成形，加强肋与加强肋之间所形成的凹槽（铸件中间位置存在多处复杂结构），砂芯采用分块结构，在砂芯与砂芯之间设置定位部分和芯头，使砂芯在上下型之间的位置不会产生偏移，这样能提高铸件精度，有效的避免错位，提高出品率，如图7所示，砂芯包括围在零件一周的1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯以及顶部的4#砂芯和5#砂芯，下芯时，根据铸件的结构特点以及砂芯定位接头和芯头的设计位置，取整个下芯流程为：砂芯1#—→砂芯2#—→砂芯3#—→砂芯4#—→砂芯5#；1#、2#、3#三个砂芯放置于同一水平面，且砂芯高度完全相同， 1#、2#、3#砂芯下芯头高度为20mm，下芯头斜度为8°，1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯的上芯头与4#、5#两个砂芯定位，砂芯高度为9mm，上芯头斜度为8°，这样能方便放置和取出砂芯和铸件，下芯头形状选择长方形或梯形，上芯头是15mm×15mm的方块，这样下芯头与下型腔能起到非常好的定位作用，防止合箱时操作不当引起铸件尺寸偏差，保证了合箱时的定位精度，1#砂芯与2#、3#砂芯通过接触面上的一个凸台（已设置拔模斜度8°）定位，4#、5#砂芯通过台阶定位，这样的设置可以防止砂芯发生偏移，提高铸件精度。本铸件中所有砂芯均属于小型砂芯，砂芯体积均小于0.05 m³，所以无需设置芯骨；

金属液初次进入时，砂芯在高温金属液体作用下发生物理、化学反应，浇注后在短时间内会产生大量的气体，使铸件产生气孔缺陷，降低出品率。结合砂芯的朝向，放置位置，在1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯以及顶部的4#砂芯和5#砂芯设置排气孔，如图9所示，其中4#、5#两个砂芯的排气主要从砂芯上表面排除，1#、2#、3#三个砂芯除上表面排气外，在其与铸型的接触面上同样设置了砂芯排气；

第八步、浇注方式选择：浇注方式：垫块属于小型球墨铸铁件，铸件内部存在较多加强肋，本铸件选用普通漏斗形浇口杯，并设计了开放式浇注系统，漏斗形浇口杯下端与竖直的直浇注上端连通，直浇道下端与横浇道中部连通，横浇道两端垂直连通有与铸件型腔分型面处连通的两内浇道，直浇注与横浇道连通处设置过滤网，能够确保浇注系统有一定的排渣能力，在保证过滤效果的情况下，应尽量选择网孔大的过滤网，过滤网网孔尺寸为2.5mm×2.5mm（长×宽）；横浇道挡渣效果较好，故在设计浇注系统时将横浇道断面做成梯形，内浇道制成扁平梯形，在横浇道两端设置冒渣口，金属液从直浇道流入横浇道时因有急弯，所以直浇道正下方的横浇道底部设置集渣包，集渣包既能过滤金属液中的浮渣，对金属液也有一定的缓冲作用，如图8所示，图中，1-浇口杯，2-直浇道，3-铸件，4-内浇道，5-横浇道，6-铸件；

第九步、冒口设置：在铸件上端面设置冒口，冒口位于圆柱空腔的空腔口一周，设置环形冒口；

第十步、冷铁设置：铸件底部环状厚大部位冷却较慢，容易产生热节，铸件底部空腔口一周设置环状冷铁，控制铸件的凝固顺序，设置了8块冷铁，分别在两个较大的热节处，每个热节放置4块冷铁，组成一个圆环；

第十一步、出气口设置：浇注时，型腔内是封闭的，不利于金属液进入型腔；同时浇注过程中会产生一系列混合气体，故需设置出气口将气体排出，出气口设置在铸件顶部凸台处，凸台远离浇注通道处，这样便于金属液顺利进入型腔，产生的气体也可通过出气口排出；

第十二步、模样用于成形铸型型腔，需要保证模样多次使用后仍较完好，且保证其尺寸精度在误差允许范围内，故采用金属模制作模样；

铸件为批量生产，所以选用通用砂箱，在遵循以上砂箱设计原则的情况下，砂箱材料采用成本低、便于加工且强度、刚度均较高一般铸铁。由于采用直接浇注工艺，铸件大部分位于上箱，因此在选择砂箱尺寸时，应选择上箱高度高于下箱高度的砂箱。铸件生产方式为一模两件，既要保证铸件边上的砂型不受影响，又要节省资源，最终确定下砂箱内框尺寸为600mm（长）×350mm （宽）×250mm（高）、上砂箱内框尺寸为600mm（长）×350mm （宽）×150mm（高），选择上箱高度高于下箱高度的砂箱；

铸件材料选择: 本垫块主要运用于汽车领域，垫块有两个泵体空腔和两个较大平面，要求垫块具有一定的减震性，且在两个内腔部分精度要求较高，综合考虑铸件材料选择QT450-10，其铸造性能、机械加工性能优于钢材。

QT450-10熔炼：选用冲天炉—感应电炉双联熔炼炉对QT450-10进行熔炼，QT450-10的化学成分：QT450-10的化学成分为：C为3.6%±2.5%，Si为2.7%±2.5%，Mn≤0.4%，P<0.05%，S<0.025%，Mg_残为0.04%～0.1%，Re_残为0.015%～0.04%。

铸件浇注前采用的浇注原料QT450-10进行熔炼，熔炼步骤如下：

（1）准备熔炼前：热处理孕育剂和球化剂，如果熔炼包是新包，对它进行烫包处理，并需准确计算一个包的容量，为后期计算药品加入量做数据准备；

（2）加入孕育剂中硅含量取孕育剂总质量75%，加入孕育剂的量为总浇注材料质量的1.2%；球化剂含硅按球化剂的44%计算，球化剂的加入量按1.6%计算；

（3）首先把球化剂先加入到凹坑中，再加上孕育剂和珍珠岩砂，其中孕育剂分两次加入，第一次为之前计算量的70%，余下的30%在后期处理时加入；

（4）熔炼出炉前必须制作一个简单试验样品来进行各种成分、元素、组织的分析，并确定保证含量 C：3.8%±1%，Si：1.7%±1%；

（5）球化处理温度为1490±10℃。

铸件生产方式：垫块净重达到7.4kg，轮廓尺寸为259mm×179mm×102mm。本铸件的生产方式为砂型铸造，一箱两件。

芯盒形状、尺寸精度直接影响到砂芯的质量，间接影响到铸件质量，故需芯盒来保护砂芯，选用自硬砂制芯。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种汽车垫块铸造方法，其特征在于：铸造方法铸造的垫块包括底板、A面板和B面板，A面板和B面板位于底板上侧，A面板通过圆柱空腔连接到底板，B面板通过圆柱空腔连接到底板，每个圆柱空腔侧壁外周向上下布置有若干加强筋，该方法包括以下步骤：

第四步、采用一箱两件，同一个浇注道连通两个浇注型腔；

第五步、设置铸造收缩率：铸造收缩率为0.8%；

第六步、设置起模斜度：拔模斜度值为α=0°35′；

第七步、砂芯设计：铸件中间部分的成形，加强肋与加强肋之间凹槽的形成，砂芯采用分块结构，在砂芯与砂芯之间设置定位部分和芯头，砂芯包括围在待铸造垫块一周的1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯以及顶部的4#砂芯和5#砂芯；1#、2#、3#三个砂芯放置于同一水平面，且砂芯高度完全相同， 1#、2#、3#砂芯下芯头高度为20mm，下芯头斜度为8°，1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯的上芯头与4#、5#两个砂芯定位，砂芯高度为9mm，上芯头斜度为8°，下芯头形状选择长方形或梯形，上芯头是15mm×15mm的方块，1#砂芯、2#砂芯和3#砂芯以及顶部的4#砂芯和5#砂芯设置排气孔；

第十步、冷铁设置：铸件底部空腔口一周设置环状冷铁；

第十二步、选择上箱高度高于下箱高度的砂箱；

第十三步、将铸造设备的各个部件组装后，采用常规的铸件浇注方法进行浇注获得汽车垫块铸件；

其中，步骤八中横浇道断面做成梯形，内浇道制成扁平梯形，在横浇道两端设置冒渣口，直浇道正下方的横浇道底部设置集渣包。

2.根据权利要求1所述的一种汽车垫块铸造方法，其特征在于：步骤一中树脂自硬砂选择呋喃树脂自硬砂。