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发表于 2020-6-2 09:04:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车覆盖件模具铸造工艺改进研究

陈庭1,王征2

(1.湖北交通职业技术学院 机电工程系,湖北 武汉 430079;

2.东风集团股份有限公司乘用车公司 研发中心,湖北 武汉 430056)

【中国汽车材料网】摘 要:本文提出了采用干砂代替树脂砂,并施加一定强度的负压来提供砂型的强度的干砂负压实型铸造工艺。该工艺解决了在浇注过程中泡沫燃烧产生的废气排放问题,降低了制造的成本,提高了汽车覆盖件模具铸件的质量。
关键词:干砂负压;实型铸造;汽车覆盖件模具

引言
汽车工业的发展为汽车模具业的发展提供了极大的市场机遇,据有关资料显示,在美国、日本等汽车制造业发达的国家,汽车模具在整个模具产业中占有50%左右的份额。而在我国,仅有三分之一左右的模具产品服务于汽车制造业。因此,汽车模具市场有相当大的发展空间,而汽车覆盖件模具是整个汽车模具的重要组成部分,也是技术最密集、加工难度最大的部分[1]。
我国在汽车覆盖模具的设计、制造、加工等方面与国外都有一定的差距。铸造方面,随着汽车工业的飞速发展与工业技术的进步,用户对铸件的要求也越来越高,铸件的轻量化、薄壁化、强韧化已成为发展的必然趋势。当前,国内汽车覆盖件模具铸件的生产多采用FMC(Full Mould Casting)铸造毛坯,据统计我国采用实型铸造和消失模铸造工艺生产汽车覆盖件模具产量已经突破30万吨,并呈继续上升趋势。而实型铸造的主要生产工艺过程对环境的负面影响以及树脂成本较高的缺点也逐渐显现出来。干砂负压实型铸造工艺具有环境污染小、铸造成本低的特点,它能在解决实型铸造工艺所存在的问题的同时,进一步提高铸件质量。

1、汽车覆盖件模具的铸造工艺
1.1 实型铸造工艺
汽车覆盖件模具(如图1所示)具有单件、小批量生产特点, 多为中大型模具,有的单件模具毛坯重达数吨甚至十几吨。传统的铸造方法采用木质模样、粘土砂干型铸造工艺,不仅需要耗用大量的木材和工时,而且铸件的尺寸精度差、飞边毛刺多、粗糙笨重。实型铸造方法与之相比具有许多优点已成为汽车覆盖件冲模毛坯生产的主要方法[2]。
实型铸造是采用了聚苯乙烯泡沫塑料作为一次性气化模样,在模样上先涂挂锆英粉耐火涂料作为底层涂料,再涂挂高铝矾土耐火涂料作为衬层涂料的复合涂料层,采用呋喃树脂砂(石英砂)造型的实型铸造工艺。该方法可获得表面光洁、尺寸精确、内部致密、无飞边毛刺的铸件 。相对于传统砂型铸造,实型铸造采用了泡沫塑料模代替了木模,省去了起模、修型、合箱等操作,大大提高了生产效率、减轻了劳动强度。其流程主要包括模样制作、涂涂料、造型、浇注以及清理等几个阶段[3]。
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图1 汽车覆盖件模具


1.2 实型铸造存在问题
目前国内绝大多数企业采用实型铸造制造汽车覆盖件模具,采用的是树脂自硬砂工艺。虽然实型铸造可以满足汽车覆盖件模具的生产,但是由于环境污染以及原材料成本增加等问题,对该工艺的改进成为必然。
首先体现在环保问题上。由于实型铸造采用塑料泡沫模样代替的木模,在浇注过程中泡沫燃烧会产生原本体积15倍的废气(如图2所示),其中包含有大量苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等有害废气。这些废气直接被排放在大气中,对环境污染严重。另外,浇注过程中,树脂燃烧也会产生部分有害气体,会影响操作人员的健康。
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图2 浇注产生的废气


其次,国内有越来越多的汽车覆盖件模具制造厂,竞争日益激烈。而人工成本不断提高,树脂的价格也在不断提高。采用树脂自硬砂实型铸造面临着成本高,利润低的问题。如何降低成本成了目前不得不解决的问题。
另外,目前实型铸造工艺在实际生产中由于泡沫燃烧产生的大量废气无法顺利排除会导致铸件产生气孔、缩松等缺陷(如图3所示),致使模具质量降低。严重时,甚至可能致使铸件报废。
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图3 铸件气孔缺陷图



2、干砂负压实型铸造工艺
2.1 干砂负压实型铸造工艺优点
针对树脂自硬砂实型铸造工艺的问题,提出了采用干砂代替树脂砂,并施加一定强度的负压来提供砂型的强度的干砂负压实型铸造工艺。干砂负压实型铸造工艺是自硬树脂砂实型铸造与干砂消失模铸造工艺相结合而产生的一种新工艺方法,主要有以下优点:
(1)干砂负压实型铸造工艺和其它实型(FM)工艺有很多相同之处,对铸件结构无特殊要求,工艺简单,不用分型,更不用组芯,铸件无起模斜度,铸件无飞边毛刺,简化清理工序工人劳动强度,铸件几何精度可达CT6-8级。
(2)干砂负压实型铸造工艺,生产中大型铸件,由于真空负压的作用,铸型浇注时把泡沫型燃烧产生的有害气体和有害物质抽吸到除尘器集中起来处理,达到了绿化和净化铸造生产的目的。由于负压的作用,可以减少铸件气孔、皱皮等缺陷。
(3)相对于昂贵的树脂砂,成本较低。干砂造型无需固化,提高了生产效率。
(4)采用负压工艺,可以不用混砂设备,发泡设备和制模机械,落砂设备可简化。砂处理设备中的砂块破碎机、旧砂再生机,大大节约了项目建设投资[4]。
2.2 干砂负压工艺流程
虽然干砂负压实型铸造可以解决树脂自硬砂实型铸造工艺的问题,但新的工艺也产生了新的难题。干砂负压实型铸造存在三个难题:一是干砂填充不实,某些部位的填砂量太小;二是某些部位的真空度不够,造成型砂不密实,浇注后由于真空度降低,容易发生塌箱或者夹砂;三是铸件容易变形,产生废品。
针对以上问题,采取的主要措施有:利用组合式沙箱,并采取翻箱、振动造型和局部紧实补偿,以使砂型全部紧实;采用v法沙箱、抽气吊杆相结合采用低抽、侧抽与顶抽真空,使得砂型内部真空度均匀,对于盲孔、凹槽部位采用自硬树脂砂补偿,防止夹砂与塌箱缺陷;采用在型砂上加压振动紧实,同时在树脂砂芯中放置芯铁,并利用铁丝固定在抽气吊杆上解决模型上浮变形问题。
工艺流程如下:
(1)使用密度为16kg/ m3-18kg/m3,并要有一定的强度和密实度的聚苯乙烯制作泡沫模样。涂刷水基专用铸造涂料2-3遍,烘干24小时,温度为40-50℃。
(2)烘干后,将泡沫放在工作板上,做好浇冒系统,填放干砂,震动紧实。再翻箱造型,最后铺放一层薄膜。抽真空,真空强度为0.3-0.4MPa,进行浇注。
(3)冷却一定时间后,开箱对铸件进行抛丸处理。最后检查铸件尺寸,上涂料。
2.3 干砂负压实际应用
目前国内有小部分厂家采用了干砂负压实型铸造制造汽车覆盖件模具,尤其是2-3吨左右的小件已经成熟。而诸如河北泊头青峰机械有限公司在大件上使用干砂负压实型铸造取得了突破,完成了20t铸件的实际生产[5],如图4所示。
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图4 20t汽车覆盖件模具铸件


实践证明采用干砂负压实型铸造工艺极大的改善了铸造车间的环境,有利于改善工人劳动条件。实型铸造浇注时浓烟滚滚,大量废气产生,同时会产生大量烟尘,对环境污染严重如图5所示。而采用负压干砂实型铸造以后,由于负压的作用烟尘废气被集中收集处理,车间里几乎看不到有烟气冒出,如图6所示。另外,干砂在浇注过程中不会产生难闻的气味,改善了工作环境。
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图5 树脂自硬砂浇注时情景


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图6 负压实型浇注时情景



干砂负压实型铸造在成本上的优势是明显的,每吨铸件成本可以降低400-500元左右。铸件质量也得到了提升,浇注铸件时,真空负压把泡沫型燃烧时产生的大量碳化物、氢化物抽吸到砂处理除尘器中,对于消除和减少实型铸造表面的缺陷,皱皮、积渣、积炭等现象,提高铸件的表面光洁度起到了很大的作用。

3、总结
负压干砂实型铸造工艺在生产汽车覆盖件模具中与实行铸造铸造工艺相比,有很多特点和一定的优势,尤其在成本以及环保方面。但在铸造大件以及复杂结构的铸件中也存在着一定的缺陷和不足之处,仍然需要不断地探索,从实践中积累经验。提高模具的质量,使我国汽车覆盖件模具的发展向高精度、高质量的高档模具发展,能改变我国覆盖件模具等高档模具主要依靠进口的现状。

参考文献:
[1]曹静,刘锐.我国汽车覆盖件模具的发展现状及其思路[J].现代零部件,2009(10):58-59.
[2]范宏训,赖华清,张国宝.汽车覆盖件冲模的实型铸造技术[J].湖北汽车工业学院学报,2003(1):26-28.
[3]黄乃瑜,叶升平,樊自田.消失模铸造原理及质量控制[M].武汉:华中科技大学出版社 2004.
[4]韩素喜,祝文章,肖占德.负压干砂技术在实型铸造大中型铸件工艺中的应用. 中国铸造信息网.
[5]韩焕卿,李增民,肖占德.负压干砂实型铸造20t大型铸件[J].特种铸造及有色合金,2012(11);1043-1045.


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