壳型铸造轿车发动机曲轴的研究与应用多功能机

壳型铸造轿车发动机曲轴的研究与应用

壳型铸造轿车发动机曲轴的研究与应用 2011年12月03日 来源： 通过对壳型铸造曲轴工艺的研究试验，开发出成熟稳定、技术先进的壳型铸造曲轴工艺，几年来采用该212艺生产捷达、宝来、高尔夫、小红旗、吉利和华普等轿车发动机曲轴近70多万件。1 曲轴壳型铸造工艺的研究开发1.1壳型铸造工艺流程壳型铸造是采用覆膜砂制壳，两壳粘接一起形成铸型，采用中频感应电炉熔化铁水并浇注成铸件的工艺方法，其主要工艺流程见图1。

1.2制壳工艺制壳用覆膜砂。湿态覆膜砂组成及技术要求见表1。热法湿态覆膜砂的技术性能指标见表2。

曲轴壳型制作采用四工位射砂转动式制壳机和翻板式制壳机制壳。1.3曲轴的单重与规格捷达曲轴单重为13.6 k，曲轴轮廓尺寸为446Imm×142mm×130mm；小红旗曲轴单重18.2kg，曲轴轮廓尺寸为480mm×182mm×160mm；上海华普曲轴单重为13.0kg，曲轴轮廓尺寸为496mm×132mm×120mm。1.4壳型曲轴工艺布置采用垂直分型，每型2件曲轴，立式底注，横浇道放置过滤网的铸造工艺。1.5曲轴装箱工艺采用壳型外侧充填铁丸（Φ2—4mm），要经过15—30s时间震实，每箱5个壳型，10件曲轴。1.6发热保温冒口的试验开发在曲轴国产化初期，曲轴补缩工艺为球形冒口。这种简单的球形冒口补缩效果不理想，曲轴解剖后，50%的曲轴轴径心部有缩松缺陷，为此先后开发试制了球形保温冒口、圆台状发热保温冒口和发热块。球形保温冒口保温补缩效果较好，但这种冒口制作复杂，使用时易掉渣，使曲轴产生砂眼等缺陷。圆台状发热保温冒口制作较方便，但也存在强度低及掉渣的问题，且成本偏高。进一步开发试制了发热块，其优点是制作简单、成本低、生产效率高、补缩效果也较好，同时不带来其他方面的影响。所以，一直到现在，曲轴都使用发热块作为冒口补缩辅助工艺。1.7浇口杯的选择浇口杯的作用主要有三方面。第一，要有利于浇注，在浇注过程中要有一定的容量，不能使铁水溢出壳外；第二，曲轴采用立浇底注式工艺，整个浇注系统为封闭式浇注系统，铁水流速比较快，所以为了防止浇注过程中卷入空气，要求浇口杯始终处于充满状态；第三，在浇注完成后，浇口杯内的铁水要留有一定的高度，确保有足够的补缩压头。根据以上分析；开始选择的浇口杯为扁形浇口杯，但该种浇口杯存在铁水容易溢出壳外的问题，因此将浇口杯改成圆台形。 1.8过滤网的选择壳型曲轴采用立浇底注式浇注系统，过滤网放置及过滤网的种类、孔眼大小都至关重要。当过滤网放置在直浇道偏上方时，铁水压力小，过滤网通过率不够，.过滤网下部铁液无法充满，铁水就会夹带空气进入型腔，造成曲轴气孔缺陷。如放置在直浇道的最低位置，铁水压力过大，泡沫过滤网就会被冲坏，反而造成砂眼，同时由于铁水压力和冲力过大，铁渣就可能被冲过去，起不到挡渣的效果。因此，过滤网放在横浇道上则比较合理。通过生产验证，采用直孔陶瓷过滤网最佳，最合适的网孔尺寸为方孔1.5mm×1.5mm，过滤网的厚度为10-15mm。2 熔炼浇注工艺的研究开发捷达、小红旗和上海华普车的曲轴材质均为球铁，牌号为QT650-3、QT700-3，属于高强度球铁。2.1熔炼工艺采用2t中频感应电炉，熔炼功率为1300-1500kW，熔炼时间为60-80min。中频感应熔炼的优点为熔化速度快，铁水杂质少，铁水纯净，化学成分稳定，铁水温度容易控制，能较好满足球化孕育处理的要求。针对曲轴加工性能等问题，对曲轴炉料进行大量的试验研究和改进，从提高曲轴质量和降低生产成本两方面考虑，目前曲轴的炉料还在不断地优化，但基本上是以废钢加增碳剂为主体的炉料，具体配料工艺见表3。

采用打包废钢后，铁水纯净度更-高，特别是P含量控制在0.05%以内，曲轴加工性能明显改善。2.2球化处理工艺对球墨铸铁曲轴其球化处理工艺非常重要，曲轴的力学性能主要依靠球化质量来保证，我们选用低镁球化剂，球化反应比较平缓，铁水一次出完，球化效果比较好。具体球化、覆盖等工艺改进如下。球化剂（5%-7%Mg）→铁屑覆盖（1.5-2kg）→加铁水（400 g）一球化反应（50-70s）。目前，采用低镁球化剂、铁屑覆盖，其工艺简单，球化反应稳定，球化效果好且成本低。2.3孕育处理工艺对于球铁铸件来说，孕育处理十分关键。几年来，我们对各种孕育剂进行了试用，如普通75硅铁孕育剂、含钡孕育剂、含锆孕育剂，但通过试验和生产验证，高效孕育剂（含钡和锆），对孕育效果影响并不大，关键是把握孕育过程和时间。采用三次孕育的工艺为球化处理加硅铁（一次孕育）→浇包加硅铁粉（二次孕育）→浇注随铁水流孕育（三次孕育）。2.4浇注工艺曲轴浇注采用250kg浇包，对大众和上海华普轿车曲轴，每包浇注5个型壳，1O根曲轴；对小红旗轿车曲轴，每包浇注4个型壳，8根曲轴。浇注工艺的关键是铁水浇注温度和浇注时间，通过试验确定，曲轴浇注温度控制高些为好，每个型壳浇注时间8～10s为最佳。对于浇注温度，铁水温度低，曲轴渣气孔增多，同时易产生浇不足、冷隔、大头缩孔和曲轴内部缩松缺陷；浇注温度过高（高于1460℃），曲轴易产生粘砂、漏壳和毛边过大的问题。另外，浇注温度高，铁水出炉温度高，影响球化效果，即球化反应过快，导致产生球化不合格。3 曲轴的清理曲轴浇注后，大约在50～60min，可以翻箱倒铁丸取件，铸件冷却到50℃以下，可以去除冒口和浇注系统，曲轴用悬挂式抛丸机进行表面抛丸，每组20件，大约抛丸15min左右，曲轴表面要达到无粘砂，光亮为好。采用电动角磨机和风动工具清理飞边毛刺。4 曲轴的检验4.1铁水的检验要铸造优质的曲轴，必须保证铁水质量，特别是铁水的化学成分，其次是铁水的出炉温度（球化处理时铁水温度）和浇注温度。铁水化学成分检验元素及检验频次见表4。

采用直读光谱仪对铁水成分进行检验。铁水出炉前进行温度测试，采用先进的数显、语音提示并能与微机联网的测温仪，每炉测温次数为2—3次，出炉的温度一般控制在1500～1560℃，浇注时采用上述先进的测温仪进行测温，每个浇注包测1次铁水温度，并做记录。 4.2曲轴铸件的检验（1）金相组织及硬度的检验每球化包浇注出的曲轴铸件要进行金相组织和硬度的检验，其检验要求见表5。

（2）力学性能的检验每班检验1次，每次2-3个试棒.其检验技术要求见表6。

（3）化学成分的检验每炉检验2块样，用直读光谱检验，其化学成分要求见表7。

5 结束语通过几年来的研究开发，用壳型铸造新的，并填补了一汽铸造公司没有壳型铸造工艺的空白。用壳型铸造新工艺生产出来的曲轴毛坯，不但表面质量好（达到Ra3.2μm），尺寸精度高（达到CT6～CT5），而且化学成分稳定，力学性能好，曲轴本体取样抗拉强度能达到750N/mm2以上，QT650-3材质的曲轴伸长率都在5%以上，金相组织也非常稳定，球化级别都在1-2级，机体组织比较稳定。铸件内废率控制在1.5%以内，加工外废率控制在0.5%以内，综合废品率控制在。(end)

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