陳庭，王征

（1.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，湖北 武漢 430079；

2.東風(fēng)集團(tuán)股份有限公司乘用車公司 研發(fā)中心，湖北 武漢 430056）

汽車覆蓋件模具鑄造工藝改進(jìn)研究

陳庭1，王征2

（1.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，湖北 武漢 430079；

2.東風(fēng)集團(tuán)股份有限公司乘用車公司 研發(fā)中心，湖北 武漢 430056）

本文提出了采用干砂代替樹脂砂，并施加一定強(qiáng)度的負(fù)壓來提供砂型的強(qiáng)度的干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝。該工藝解決了在澆注過程中泡沫燃燒產(chǎn)生的廢氣排放問題，降低了制造的成本，提高了汽車覆蓋件模具鑄件的質(zhì)量。

干砂負(fù)壓；實(shí)型鑄造；汽車覆蓋件模具

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-105-03

引言

汽車工業(yè)的發(fā)展為汽車模具業(yè)的發(fā)展提供了極大的市場機(jī)遇，據(jù)有關(guān)資料顯示，在美國、日本等汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家，汽車模具在整個模具產(chǎn)業(yè)中占有50%左右的份額。而在我國，僅有三分之一左右的模具產(chǎn)品服務(wù)于汽車制造業(yè)。因此，汽車模具市場有相當(dāng)大的發(fā)展空間，而汽車覆蓋件模具是整個汽車模具的重要組成部分，也是技術(shù)最密集、加工難度最大的部分[1]。

我國在汽車覆蓋模具的設(shè)計(jì)、制造、加工等方面與國外都有一定的差距。鑄造方面，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展與工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，用戶對鑄件的要求也越來越高，鑄件的輕量化、薄壁化、強(qiáng)韌化已成為發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)前，國內(nèi)汽車覆蓋件模具鑄件的生產(chǎn)多采用FMC（Full Mould Casting）鑄造毛坯，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國采用實(shí)型鑄造和消失模鑄造工藝生產(chǎn)汽車覆蓋件模具產(chǎn)量已經(jīng)突破30萬噸，并呈繼續(xù)上升趨勢。而實(shí)型鑄造的主要生產(chǎn)工藝過程對環(huán)境的負(fù)面影響以及樹脂成本較高的缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)出來。干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝具有環(huán)境污染小、鑄造成本低的特點(diǎn)，它能在解決實(shí)型鑄造工藝所存在的問題的同時，進(jìn)一步提高鑄件質(zhì)量。

1、汽車覆蓋件模具的鑄造工藝

1.1 實(shí)型鑄造工藝

汽車覆蓋件模具（如圖1所示）具有單件、小批量生產(chǎn)特點(diǎn), 多為中大型模具，有的單件模具毛坯重達(dá)數(shù)噸甚至十幾噸。傳統(tǒng)的鑄造方法采用木質(zhì)模樣、粘土砂干型鑄造工藝，不僅需要耗用大量的木材和工時，而且鑄件的尺寸精度差、飛邊毛刺多、粗糙笨重。實(shí)型鑄造方法與之相比具有許多優(yōu)點(diǎn)已成為汽車覆蓋件沖模毛坯生產(chǎn)的主要方法[2]。

實(shí)型鑄造是采用了聚苯乙烯泡沫塑料作為一次性氣化模樣，在模樣上先涂掛鋯英粉耐火涂料作為底層涂料，再涂掛高鋁礬土耐火涂料作為襯層涂料的復(fù)合涂料層，采用呋喃樹脂砂（石英砂）造型的實(shí)型鑄造工藝。該方法可獲得表面光潔、尺寸精確、內(nèi)部致密、無飛邊毛刺的鑄件 。相對于傳統(tǒng)砂型鑄造，實(shí)型鑄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，大大提高了生產(chǎn)效率、減輕了勞動強(qiáng)度。其流程主要包括模樣制作、涂涂料、造型、澆注以及清理等幾個階段[3]。

1.2 實(shí)型鑄造存在問題

目前國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)采用實(shí)型鑄造制造汽車覆蓋件模具，采用的是樹脂自硬砂工藝。雖然實(shí)型鑄造可以滿足汽車覆蓋件模具的生產(chǎn)，但是由于環(huán)境污染以及原材料成本增加等問題，對該工藝的改進(jìn)成為必然。

首先體現(xiàn)在環(huán)保問題上。由于實(shí)型鑄造采用塑料泡沫模樣代替的木模，在澆注過程中泡沫燃燒會產(chǎn)生原本體積15倍的廢氣（如圖2所示），其中包含有大量苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等有害廢氣。這些廢氣直接被排放在大氣中，對環(huán)境污染嚴(yán)重。另外，澆注過程中，樹脂燃燒也會產(chǎn)生部分有害氣體，會影響操作人員的健康。

其次，國內(nèi)有越來越多的汽車覆蓋件模具制造廠，競爭日益激烈。而人工成本不斷提高，樹脂的價格也在不斷提高。采用樹脂自硬砂實(shí)型鑄造面臨著成本高，利潤低的問題。如何降低成本成了目前不得不解決的問題。

另外，目前實(shí)型鑄造工藝在實(shí)際生產(chǎn)中由于泡沫燃燒產(chǎn)生的大量廢氣無法順利排除會導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔、縮松等缺陷（如圖3所示），致使模具質(zhì)量降低。嚴(yán)重時，甚至可能致使鑄件報廢。

2、干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝

2.1 干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝優(yōu)點(diǎn)

針對樹脂自硬砂實(shí)型鑄造工藝的問題，提出了采用干砂代替樹脂砂，并施加一定強(qiáng)度的負(fù)壓來提供砂型的強(qiáng)度的干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝。干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝是自硬樹脂砂實(shí)型鑄造與干砂消失模鑄造工藝相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新工藝方法，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝和其它實(shí)型（FM）工藝有很多相同之處，對鑄件結(jié)構(gòu)無特殊要求，工藝簡單，不用分型，更不用組芯，鑄件無起模斜度，鑄件無飛邊毛刺，簡化清理工序工人勞動強(qiáng)度，鑄件幾何精度可達(dá)CT6-8級。

（2）干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝，生產(chǎn)中大型鑄件，由于真空負(fù)壓的作用，鑄型澆注時把泡沫型燃燒產(chǎn)生的有害氣體和有害物質(zhì)抽吸到除塵器集中起來處理，達(dá)到了綠化和凈化鑄造生產(chǎn)的目的。由于負(fù)壓的作用，可以減少鑄件氣孔、皺皮等缺陷。

（3）相對于昂貴的樹脂砂，成本較低。干砂造型無需固化，提高了生產(chǎn)效率。

（4）采用負(fù)壓工藝，可以不用混砂設(shè)備，發(fā)泡設(shè)備和制模機(jī)械,落砂設(shè)備可簡化。砂處理設(shè)備中的砂塊破碎機(jī)、舊砂再生機(jī)，大大節(jié)約了項(xiàng)目建設(shè)投資[4]。

2.2 干砂負(fù)壓工藝流程

雖然干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造可以解決樹脂自硬砂實(shí)型鑄造工藝的問題，但新的工藝也產(chǎn)生了新的難題。干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造存在三個難題：一是干砂填充不實(shí)，某些部位的填砂量太??；二是某些部位的真空度不夠，造成型砂不密實(shí)，澆注后由于真空度降低，容易發(fā)生塌箱或者夾砂；三是鑄件容易變形，產(chǎn)生廢品。

針對以上問題，采取的主要措施有：利用組合式沙箱，并采取翻箱、振動造型和局部緊實(shí)補(bǔ)償，以使砂型全部緊實(shí)；采用v法沙箱、抽氣吊桿相結(jié)合采用低抽、側(cè)抽與頂抽真空，使得砂型內(nèi)部真空度均勻，對于盲孔、凹槽部位采用自硬樹脂砂補(bǔ)償，防止夾砂與塌箱缺陷；采用在型砂上加壓振動緊實(shí)，同時在樹脂砂芯中放置芯鐵，并利用鐵絲固定在抽氣吊桿上解決模型上浮變形問題。

工藝流程如下：

（1）使用密度為16kg/ m3-18kg/m3，并要有一定的強(qiáng)度和密實(shí)度的聚苯乙烯制作泡沫模樣。涂刷水基專用鑄造涂料2-3遍，烘干24小時，溫度為40-50℃。

（2）烘干后，將泡沫放在工作板上，做好澆冒系統(tǒng)，填放干砂，震動緊實(shí)。再翻箱造型，最后鋪放一層薄膜。抽真空，真空強(qiáng)度為0.3-0.4MPa，進(jìn)行澆注。

（3）冷卻一定時間后，開箱對鑄件進(jìn)行拋丸處理。最后檢查鑄件尺寸，上涂料。

2.3 干砂負(fù)壓實(shí)際應(yīng)用

目前國內(nèi)有小部分廠家采用了干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造制造汽車覆蓋件模具，尤其是2-3噸左右的小件已經(jīng)成熟。而諸如河北泊頭青峰機(jī)械有限公司在大件上使用干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造取得了突破，完成了20t鑄件的實(shí)際生產(chǎn)[5]，如圖4所示。

實(shí)踐證明采用干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝極大的改善了鑄造車間的環(huán)境，有利于改善工人勞動條件。實(shí)型鑄造澆注時濃煙滾滾，大量廢氣產(chǎn)生，同時會產(chǎn)生大量煙塵，對環(huán)境污染嚴(yán)重如圖5所示。而采用負(fù)壓干砂實(shí)型鑄造以后，由于負(fù)壓的作用煙塵廢氣被集中收集處理，車間里幾乎看不到有煙氣冒出，如圖6所示。另外，干砂在澆注過程中不會產(chǎn)生難聞的氣味，改善了工作環(huán)境。

干砂負(fù)壓實(shí)型鑄造在成本上的優(yōu)勢是明顯的，每噸鑄件成本可以降低400-500元左右。鑄件質(zhì)量也得到了提升，澆注鑄件時，真空負(fù)壓把泡沫型燃燒時產(chǎn)生的大量碳化物、氫化物抽吸到砂處理除塵器中，對于消除和減少實(shí)型鑄造表面的缺陷，皺皮、積渣、積炭等現(xiàn)象，提高鑄件的表面光潔度起到了很大的作用。

3、總結(jié)

負(fù)壓干砂實(shí)型鑄造工藝在生產(chǎn)汽車覆蓋件模具中與實(shí)行鑄造鑄造工藝相比,有很多特點(diǎn)和一定的優(yōu)勢，尤其在成本以及環(huán)保方面。但在鑄造大件以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鑄件中也存在著一定的缺陷和不足之處，仍然需要不斷地探索，從實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。提高模具的質(zhì)量，使我國汽車覆蓋件模具的發(fā)展向高精度、高質(zhì)量的高檔模具發(fā)展，能改變我國覆蓋件模具等高檔模具主要依靠進(jìn)口的現(xiàn)狀。

[1]曹靜,劉銳.我國汽車覆蓋件模具的發(fā)展現(xiàn)狀及其思路[J].現(xiàn)代零部件，2009（10）:58-59.

[2]范宏訓(xùn),賴華清,張國寶.汽車覆蓋件沖模的實(shí)型鑄造技術(shù)[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2003(1):26-28.

[3]黃乃瑜,葉升平,樊自田.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社 2004.

[4]韓素喜,祝文章,肖占德.負(fù)壓干砂技術(shù)在實(shí)型鑄造大中型鑄件工藝中的應(yīng)用. 中國鑄造信息網(wǎng).

[5]韓煥卿,李增民,肖占德.負(fù)壓干砂實(shí)型鑄造20t大型鑄件[J].特種鑄造及有色合金,2012(11)；1043-1045.

Improved Research of Casting Process for the Die of Auto Body Panels

Chen Ting1, Wang Zheng2
(1. Dept. of Electrical Engineering Hubei Communications Technical College, Hubei Wuhan 430079; 2. Technology Center of Dongfeng Motor Corporation Passengery Vehicle Company, Hubei Wuhan 430056)

This paper proposes using the dry sand instead of resin sand, and using negative pressure exerts a certain strength to provide the strength of dry sand negative pressure of EPC. The technique solves the problem of combustion emissions generated in the process of pouring foam， reduces the manufacturing cost, and improves the quality of casting mold for auto body panels.

dry sand negative pressure; EPC; auto body panels

U466

A

1671-7988(2015)04-105-03

陳庭，工學(xué)碩士，講師，就職于湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化。