CN110947904B - 一种商用车转向器壳体制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种转向器壳体的技术领域，具体来说，是一种商用车转向器壳体制备方法。该发明包括冷砂芯的制作，盖芯的使用，成分的设计，铸造工艺制定包括顶注工艺及铁模覆砂冷铁，用来保证产品的使用性能；通过设计的低张力压力冒口结构，保证产品热节部位的补缩。产品符合二级X光探伤、I级磁粉探伤要求，超声波检测合格，完全满足客户生产要求。经过该方案的改善，产品裂箱问题及缩孔缩松问题得到解决，在保证抗拉强度的情况下，珠光体含量达到要求，球化率得到保证，本发明的方案经过证实后完全合格。

Description

一种商用车转向器壳体制备方法
技术领域
本发明涉及一种转向器壳体的技术领域，具体来说，是一种商用车转向器壳体制备方法。
背景技术
转向器，它是转向系中最重要的部件。它的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。转向器按结构形式可分为多种类型。目前常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄销式和循环球式。转向器承载着汽车的转向作用，所以在汽车制造中占据非常重要的地位。
我们目前生产的转向器壳体为转向器中的重要零件，结构重要，要求严格，目前的技术方案为普通压力冒口补缩产品，型砂成型，经过生产后产品容易裂箱、缩孔缩松严重，在保证抗拉强度的生产状态下，珠光体含量不能保证合格。
发明内容
本发明针对上述的裂箱、缩孔缩松严重及珠光体含量不合格而提供了一种商用车转向器壳体制备方法和浇注系统。该发明包括冷砂芯的制作，盖芯的使用，成分的设计，铸造工艺制定包括顶注工艺及铁模覆砂冷铁，用来保证产品的使用性能；通过设计的低张力压力冒口结构，保证产品热节部位的补缩。产品符合二级X光探伤、I级磁粉探伤要求，超声波检测合格，完全满足客户生产要求。
本发明的技术方案为：
一种商用车转向器壳体制备方法，包括冷砂芯的制作，原铁液成分的设计步骤，铸造工艺步骤，盖芯的使用，低张力压力冒口设计步骤。
进一步的，铸造工艺步骤包括顶注工艺步骤及铁模覆砂冷铁。
进一步的，冷砂芯的制作，具体步骤为：原材料配比如下：呋喃树脂加入量占原砂加入重量的0.65-0.8%，呋喃树脂中I型树脂占比50-55%，II型树脂占比45-50%，催化剂加入量占原砂加入重量的0.15-0.2%；将原材料加入进行混砂，然后依次进行制芯、硬化、洗涤、开模、取芯，在硬化的步骤中采用吹三乙胺的方式硬化，在洗涤过程中通入压缩空气，余气净化洗涤后排放；
将取出的冷砂芯，蘸HA377水基涂料（该涂料购自上海欧区爱国际贸易有限公司），波美度38Be±1，要求浸2遍；
浸渍完毕后的冷砂芯，放在烘烤箱中烘烤，烘烤箱设定烘烤温度160-180℃，烘烤50-60分钟。
进一步的，冷砂芯的制作，具体步骤为：原材料配比如下：呋喃树脂加入量占原砂加入重量的0.8%，呋喃树脂中I型树脂占比50%，II型树脂占比50%，催化剂加入量占原砂加入重量的0.2%。
进一步的，原铁液成分的设计步骤，原铁液成分为重量百分比的下述组分：C3.7-3.8%，Si1.85-1.95%，Mn0.45-0.55%，P＜0.04%，S＜0.04%，余量为铁其不可避免的杂质。产品要求材质为QT450-12，珠光体≥25%，正常QT450-12生产出来的产品其珠光体含量一般小于20%，该客户要求跟正常产品性能背道而驰，该产品要求珠光体含量大于25%，为满足这一特殊要求，对铁液组分进行调整。
进一步的，铸造工艺步骤中的采用“铁模覆砂冷铁”步骤具体为：铁模覆砂冷铁使用铁模外形，中间夹覆膜砂工艺制作而成，砂芯使用原砂配合呋喃树脂、催化剂按照配比制作，原材料配比如下：呋喃树脂加入量占原砂加入重量的0.65-0.8%，呋喃树脂中I型树脂占比50-55%，II型树脂占比45-50%，催化剂加入量占原砂加入重量的0.15-0.2%；既保证铸件无缩孔，又可以保证铸件顶部无渗碳体。进一步的，原材料配比如下：呋喃树脂加入量占原砂加入重量的0.8%，呋喃树脂中I型树脂占比50%，II型树脂占比50%，催化剂加入量占原砂加入重量的0.2%。
进一步的，上箱采用盖芯，可以有效防止因铸件过重，砂铁比过小而产生砂箱塌箱。经过该种工艺，该产品砂铁比做到行内2.3水平，达到极致。
进一步的，低张力压力冒口设计步骤具体如下：在盖芯的上部设置1件低张力压力冒口，低张力压力冒口需要使用经过验证的尺寸特征，
1.）∅D1根据铸件热节圆进行选择； 2.）∅D1-∅D2＝2mm； 3.）D3＝0.55×D2； 4.）D4＝0.4×D2； 5.）H1=D1＋（10-50）mm；根据冒口颈中心及铸件补缩位置的最高点定义； 6.）H2＝0.6×H1； 7.）RA＝D4/2； 8.）RB＝D2/2； 9.）RC＝D1/2。
∅D1范围为35-1500mm，根据产品的大小，灵活性较高，通用性较好； D3/D4根据D2的尺寸进行选取，可以保证低张力；RB2/RA/RC根据对应直径选取，可以保证足够的压力，H1根据冒口颈中心及铸件补缩位置的最高点定义，H1+H2是为了保证对产品产生两种不同的叠加压力，来保证铁液的补缩效果。经过该冒口补缩后，产品没有出现缩松，具体参考X光图片。
本发明的铸件热节较多，使用侧边冒口无法进行补缩，采用顶注浇注，制作射芯模，为了防止缩松，优化工艺，热结使用冒口补缩，铁水通过冒口进入型腔加强补缩，铸件出品率达到52%。
进一步的，铸造工艺步骤中的顶注工艺步骤，具体为：使用浇注机进行浇注，单包浇注速度为8kg/s，行进速度为5s/箱，单箱浇注时间为10S，单包浇注时间为6min。对浇注机运行参数需要严格控制。
进一步的，上述顶注工艺步骤中，采用的浇注系统具体如下，浇注系统采用封闭-开放-封闭式；截面积比为直浇道：横浇道：内浇口=1.2：1.5：0.8。
进一步的，产品需要经过特殊孕育及球化处理，具体如下：规定产品经过三次孕育处理，具体如下：
1)转包孕育及球化处理：使用0.4%的硅钡钙孕育剂及含 7% Mg、3%Re的球化喂丝线；
2）浇注包孕育：采用0.4%的硅钡钙孕育剂，随铁水流加；
3）采用日本新东线(sinto)自动浇注机随流孕育，加入量为0.05%的硅锶孕育剂；
以上均为重量百分含量。
本发明的有益效果在于，
本发明提出的制备方法及浇注系统设计，经过该方案的改善，产品裂箱问题及缩孔缩松问题得到解决，在保证抗拉强度的情况下，珠光体含量达到要求，球化率得到保证，本发明的方案经过证实后完全合格。
经过一系列的改进，本发明得到的转向器产品在保证抗拉强度的同时可以满足珠光体≥25%的要求，并且在放置铁模覆砂冷铁及低张力压力冒口部位没有产品缩孔、缩松缺陷，产品经本体金相检查及X光检查，球化率符合要求，没有发现缩孔、缩松缺陷，图为检测合格的产品金相及性能图。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明实施例1的冷砂芯的制作的工艺流程图；
图2本发明实施例1的铁膜覆砂冷铁二维图；
图3本发明实施例1的盖芯的二维图；
图4本发明实施例2的浇注系统结构示意图；
图5本发明实施例1的冒口结构示意图；
图6本发明实施例1和对比例1中得到的产品的球化率检测图对比图；
左图改进前对比例1的附图，球化率70%，右图为本发明实施例1的附图，球化率90%。
图7本发明实施例1产品珠光体含量检测图，珠光体含量达到45%。
图8本发明实施例1和对比例1中得到的产品的X光对比图；左图改进前对比例1的附图，有2级缩松，右图为本发明实施例1的附图，无缩松球。
图9本发明实施例2的铁膜覆砂冷铁二维图；
图10本发明实施例3的铁膜覆砂冷铁二维图。
其中，1-直浇道，2-横浇道，3-内浇口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1 产品型号，1139395
一种商用车转向器壳体制备方法，包括冷砂芯的制作，原铁液成分的设计步骤，铸造工艺步骤，盖芯的使用，低张力压力冒口设计步骤；铸造工艺步骤包括顶注工艺步骤及铁模覆砂冷铁。
冷砂芯的制作，具体步骤为：原材料配比如下：呋喃树脂加入量占原砂加入重量的0.8%，呋喃树脂中I型树脂占比50%，II型树脂占比50%，催化剂加入量占原砂加入重量的0.2%；将原材料加入进行混砂，然后依次进行制芯、硬化、洗涤、开模、取芯，在硬化的步骤中采用吹三乙胺的方式硬化，在洗涤过程中通入压缩空气，余气净化洗涤后排放；将取出的冷砂芯，蘸HA377水基涂料（该涂料购自上海欧区爱国际贸易有限公司），波美度38Be±1，要求浸2遍；浸渍完毕后的冷砂芯，放在烘烤箱中烘烤，烘烤箱设定烘烤温度160-180℃，烘烤50-60分钟。
原铁液成分的设计步骤，原铁液成分为重量百分比的下述组分：C3.7-3.8%，Si1.85-1.95%，Mn0.45-0.55%，P＜0.04%，S＜0.04%，余量为铁其不可避免的杂质。产品要求材质为QT450-12，珠光体≥25%，正常QT450-12生产出来的产品其珠光体含量一般小于20%，该客户要求跟正常产品性能背道而驰，该产品要求珠光体含量大于25%，为满足这一特殊要求，对铁液组分进行调整。
铸造工艺步骤中的采用“铁模覆砂冷铁”步骤具体为：铁模覆砂冷铁使用铁模外形，铁模覆砂冷铁使用长度110mm，宽60mm厚20mm的铁模外形，中间夹覆膜砂工艺制作而成。附图2为铁膜覆砂冷铁二维图。中间夹覆膜砂工艺制作而成，砂芯使用原砂配合呋喃树脂、催化剂按照配比制作；原材料配比如下：呋喃树脂加入量占原砂加入重量的0.8%，呋喃树脂中I型树脂占比50%，II型树脂占比50%，催化剂加入量占原砂加入重量的0.2%。既保证铸件无缩孔，又可以保证铸件顶部无渗碳体。
铸造工艺步骤中的顶注工艺步骤，具体为：使用浇注机进行浇注，单包浇注速度为8kg/s，行进速度为5s/箱，单箱浇注时间为10S，单包浇注时间为6min。对浇注机运行参数需要严格控制。采用的浇注系统具体如下，附图如图4所示，浇注系统采用封闭-开放-封闭式；截面积比为直浇道：横浇道：内浇口=1.2：1.5：0.8。
如图3所示砂芯为产品用盖芯，由于日本新东线设计理论重量不超过65kg，该铸件单重21kg，每模两件铸件共重42kg，出品率52%，一型重量达80kg，远超铸件设计重量。为了提高出品率及单箱重量，降低成本，上箱采用图3所示的覆膜砂盖芯，可以有效防止因铸件过重，砂铁比过小而产生砂箱塌箱。经过该种工艺，该产品砂铁比做到行内2.3水平，达到极致。
低张力压力冒口设计步骤具体如下：如图5所示，为冒口的结构，在盖芯的上部设置1件低张力压力冒口，低张力压力冒口需要使用经过验证的尺寸特征，
1.）∅D1根据铸件热节圆进行选择； 2.）∅D1-∅D2＝2mm； 3.）D3＝0.55×D2； 4.）D4＝0.4×D2； 5.）H1=D1＋（10-50）mm；根据冒口颈中心及铸件补缩位置的最高点定义； 6.）H2＝0.6×H1； 7.）RA＝D4/2； 8.）RB＝D2/2； 9.）RC＝D1/2。
∅D1范围为35-1500mm，根据产品的大小，灵活性较高，通用性较好； D3/D4根据D2的尺寸进行选取，可以保证低张力；RB2/RA/RC根据对应直径选取，可以保证足够的压力，H1根据冒口颈中心及铸件补缩位置的最高点定义，H1+H2是为了保证对产品产生两种不同的叠加压力，来保证铁液的补缩效果。经过该冒口补缩后，产品没有出现缩松，具体参考X光图片。
本发明的铸件热节较多，使用侧边冒口无法进行补缩，采用顶注浇注，制作射芯模，为了防止缩松，优化工艺，热结使用冒口补缩，铁水通过冒口进入型腔加强补缩，铸件出品率达到52%。
产品需要经过特殊孕育及球化处理，具体如下：规定产品经过三次孕育处理，具体如下：1)转包孕育及球化处理：使用0.4%的硅钡钙孕育剂及含 7% Mg、3%Re的球化喂丝线；2）浇注包孕育：采用0.4%的硅钡钙孕育剂，随铁水流加；3）采用日本新东线(sinto)自动浇注机随流孕育，加入量为0.05%的硅锶孕育剂；以上均为重量百分含量。
实施例2 产品型号，1138395。
请填写有变化的参数，如下铁模覆砂冷铁使用长度110mm，宽50mm厚15mm的铁模外形，中间夹覆膜砂工艺制作而成；参照图9。
实施例3 产品型号1139865。
请填写有变化的参数，如下铁模覆砂冷铁使用长度110mm，宽45mm厚10mm的铁模外形，中间夹覆膜砂工艺制作而成；参照图10。
对比例1
对比例1中产品工艺采用普通冒口进行补缩，产品热节及壁厚差异较大处均出现不同程度的针状及弥散型缩孔；采用覆膜砂砂芯对图3的矩形区域进行工艺控制，产品出现出现渗碳体，且硬度不均匀；产品原工艺在不使用盖芯的情况下，砂箱受横向切应力影响，产品容易产品裂箱导致铁液流失。
将实施例1的产品与该对比例1的产品进行测试，使用X射线机（MRXD-300）管电压260KV，管电流3.0mA，灵敏度1.9%，最大穿透壁厚40mm，参照ASTM-E446标准；结果如图6-8所示。
图6本发明实施例1和对比例1中得到的产品的球化率检测图对比图；可见，左图改进前对比例1的附图，球化率70%，右图为本发明实施例1的附图，球化率90%。
图7本发明实施例1产品使用金相显微镜检测珠光体含量检测图，珠光体含量达到45%。
图8本发明实施例1和对比例1中得到的产品的X光对比图；可见，左图改进前对比例1的附图，有2级缩松，右图为本发明实施例1的附图，无缩松球。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种商用车转向器壳体制备方法，其特征在于，包括冷砂芯的制作，原铁液成分的设计步骤，铸造工艺步骤，盖芯的使用，低张力压力冒口设计步骤；
冷砂芯的制作，具体步骤为：原材料配比如下：呋喃树脂加入量占原砂加入重量的0.8%，呋喃树脂中I型树脂占比50%，II型树脂占比50%，催化剂加入量占原砂加入重量的0.2%；
原铁液成分的设计步骤，原铁液成分为重量百分比的下述组分：C3.7-3.8%，Si1.85-1.95%，Mn0.45-0.55%，P＜0.04%，S＜0.04%，余量为铁及不可避免的杂质；
低张力压力冒口设计步骤具体如下：在盖芯的上部设置1件低张力压力冒口，冒口的底部为半径为RC的半球形，半球形上部为倒截锥形，倒截锥形底部直径为∅D1，且∅D1=2RC，倒截锥形上部直径为∅D2，倒截锥形的高度为H1，倒截锥形上部设置有顶部截除的半球形，顶部截除的半球形半径为RB，且∅D2=2RB；冒口的顶部设置有小半球形，小半球形的半径为RA，小半球形底部设置有小倒截锥形，小倒截锥形的顶部直径为∅D4，且∅D4=2RA，小倒截锥形的底部直径为∅D3，小半球形和小倒截锥形的高度之和为H2；小倒截锥形的底部与顶部截除的半球形的上端连接；低张力压力冒口需要使用经过验证的尺寸特征，
1.）∅D1根据铸件热节圆进行选择； 2.）∅D1-∅D2＝2mm； 3.）D3＝0.55×D2； 4.）D4＝0.4×D2； 5.）H1=D1＋（10-50）mm； 6.）H2＝0.6×H1； 7.）RA＝D4/2； 8.）RB＝D2/2； 9.）RC＝D1/2；
∅D1范围为35-1500mm，根据产品的大小，灵活性较高，通用性较好；D3、D4根据D2的尺寸进行计算，可以保证低张力；RA根据D4的尺寸进行计算，RB根据D2的尺寸进行计算，RC根据D1的尺寸进行计算，可以保证足够的压力，H1是倒截锥形的高度，H1+H2是为了保证对产品产生两种不同的叠加压力，来保证铁液的补缩效果。
2.根据权利要求1所述的商用车转向器壳体制备方法，其特征在于，铸造工艺步骤中的采用“铁模覆砂冷铁”步骤具体为：铁模覆砂冷铁使用铁模外形，中间夹覆膜砂工艺制作而成，砂芯使用原砂配合呋喃树脂、催化剂按照配比制作。
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