馬紅兵

（陜西法士特汽車(chē)傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西寶雞　722409）

灰鑄鐵和鋁合金消失模鑄造工藝的差異性

馬紅兵

（陜西法士特汽車(chē)傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西寶雞722409）

以公司重型變速器殼體為例，結(jié)合多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分析并討論了不同的材質(zhì)（灰鑄鐵和鋁合金）在消失模鑄造工藝中的差異性。從原材料預(yù)發(fā)泡、白模成型、粘接、涂層及造型等不同方面進(jìn)行研究，結(jié)果表明：灰鑄鐵和鋁合金消失模鑄造工藝差異性較大，應(yīng)因地制宜，根據(jù)材質(zhì)不同采用不同的設(shè)備和工藝參數(shù)，達(dá)到生產(chǎn)需要，為同行提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

消失模鑄造；灰鑄鐵；鋁合金；變速器殼體

能耗、安全和環(huán)保等方面是未來(lái)汽車(chē)考察的核心問(wèn)題。在滿足整車(chē)使用和經(jīng)濟(jì)要求的前提下，通過(guò)整車(chē)零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用等方面實(shí)現(xiàn)減重，符合了技術(shù)發(fā)展的潮流。變速箱作為汽車(chē)的關(guān)鍵零部件之一，減重是勢(shì)在必行。我公司于2 008年率先提出變速箱殼體的材質(zhì)由灰鑄鐵更改為鋁合金，采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)。

目前，公司擁有消失?；诣T鐵和鋁合金鑄造生產(chǎn)線：灰鑄鐵消失模生產(chǎn)線年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸鑄件，鑄件重量15 kg～110 kg；白區(qū)采用國(guó)產(chǎn)全自動(dòng)預(yù)發(fā)泡機(jī)和半自動(dòng)液壓成型機(jī)，并采用珠粒輸送系統(tǒng)將珠粒自動(dòng)輸送到成型機(jī)；黑區(qū)由三條循環(huán)造型澆注線（圖1a）和中頻熔化爐組成。鋁合金消失模生產(chǎn)線年產(chǎn)6 000多噸鑄件，鑄件重量10 kg～45 kg；白區(qū)采用德國(guó)Teubert全自動(dòng)預(yù)發(fā)泡機(jī)和全自動(dòng)臥式成型機(jī)，黑區(qū)引進(jìn)美國(guó)Vulcan公司的消失模鋁合金自動(dòng)生產(chǎn)線（圖1b）、德國(guó)Striko Westofen集中熔化爐、鋁液處理和自動(dòng)澆注系統(tǒng)。

通過(guò)兩種生產(chǎn)線生產(chǎn)灰鑄鐵和鋁合金變速箱殼體，重點(diǎn)介紹原材料預(yù)發(fā)泡、白模成型、粘接、涂層及造型等差異性，以及兩者工藝重點(diǎn)和注意事項(xiàng)，為同行提供研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1　材料性能

灰鐵和鑄鋁材質(zhì)要求見(jiàn)表1所示。

表1材料性能

2　消失模鑄鐵和鋁合金工藝差異

消失模鑄鐵和鋁合金工藝差異見(jiàn)圖2、表2.

2.1泡沫模樣

2.1.1珠粒材料

由于灰鑄鐵的鑄造溫度在1 400℃～1 450℃，珠?？蛇x用EPS和共聚料；鋁合金的鑄造溫度在700℃～750℃，EPS發(fā)氣量很小，主要為液態(tài)產(chǎn)物，因此選用EPS.

2.1.2EPS預(yù)發(fā)泡

通過(guò)預(yù)發(fā)，EPS珠粒可膨脹35～50倍，一般情況下，鋁合金的較佳預(yù)發(fā)泡堆積密度為20g/L ～25 g/L，灰鑄鐵為18 g/L-24 g/L.為獲得高質(zhì)量的預(yù)發(fā)珠粒，除了高質(zhì)量的原始珠粒、需采用高性能的預(yù)發(fā)泡機(jī)，采用德國(guó)TeubertTDV-100LF預(yù)發(fā)泡機(jī)（圖3），蒸汽壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，精確控制，進(jìn)料稱量的精確度高、具有自動(dòng)檢測(cè)和反饋控制裝置，珠粒的干燥程度一致、不易形成死料。

圖1　消失模鑄造生產(chǎn)線

圖2　消失模鑄鐵和消失模鋁合金工藝區(qū)別

表2　消失模鑄鐵和消失模鋁合金主要設(shè)備及工藝參數(shù)

圖3　德國(guó)TeubertTDV-100LF預(yù)發(fā)泡機(jī)

2.1.3模樣成型

該鑄件屬于薄壁件，鑄件收縮率比厚壁件要小，鋁合金模型收縮率（材質(zhì)EPS）：自由收縮率1.8%～2.0%，受阻收縮率1.6%～1.9%；灰鑄鐵模型的收縮率（材質(zhì)EPS）：自由收縮率0.9%～1.2%，受阻收縮率0.6%～1.0%.珠粒預(yù)發(fā)泡和模型質(zhì)量穩(wěn)定性與鑄件質(zhì)量密切相關(guān)，預(yù)發(fā)泡珠粒粒徑大小均勻、珠粒均勻填充模具型腔，生產(chǎn)的模片各部分密度一致，融合度一致，可減少澆注缺陷，提高鑄件的質(zhì)量和表面光潔度。德國(guó)Teubert臥式成型機(jī)（圖4）采用多把料槍同時(shí)進(jìn)料能夠獲得密度一致的模型。

2.1.4組模粘接

粘接材料有冷膠和熱熔膠之分，冷膠固化速度慢，在固化過(guò)程中需要用膠帶固定，防止錯(cuò)模，常見(jiàn)的雙組分脲醛樹(shù)脂熔化溫度高，鋁合金的澆注溫度不會(huì)使膠熔成液體，停留在鑄件中成為缺陷。冷膠在溶劑揮發(fā)后體積收縮，固化后粘接縫處會(huì)下凹，最后會(huì)減小粘接面處鑄件壁厚，成為滲漏和破壞的根源。熱熔膠的熔點(diǎn)低，凝固速度快，體積收縮小，因此，鋁合金鑄造更適合使用熱熔膠。

熱熔膠自動(dòng)粘接機(jī)（如圖5）與手工粘接相比，具有粘接面用膠量均勻，平整，無(wú)縫隙，操作重復(fù)性好，粘接質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，靈活程度差，適合粘接面簡(jiǎn)單、批量大的鑄件生產(chǎn)。

2.1.5澆道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖4　德國(guó)Teubert臥式成型機(jī)

圖5自動(dòng)粘接機(jī)

為使金屬液相對(duì)平穩(wěn)充型，氣化或熔化后的模型材料有效排出型腔，一般采用底注澆道。

灰鑄鐵采用封閉式或半封閉式澆道，鋁合金采用開(kāi)放式或半開(kāi)放式。由于鋁合金的收縮率大，主澆道對(duì)鑄件要起補(bǔ)縮作用，因此主澆道截面積一般比較大，壓頭比灰鑄鐵的高100 mm～200 mm.

2.1.6涂層

由于灰鑄鐵熔化溫度高，EPS和共聚料主要以氣體形式存在，必須采用負(fù)壓澆注；鋁合金熔化溫度低，EPS主要以液體形式存在，采取無(wú)負(fù)壓澆注，其液態(tài)主要通過(guò)涂層吸附和滲出，涂層的厚度相對(duì)灰鑄鐵要薄，且涂層相對(duì)灰鑄鐵要有良好的保溫性能，透氣性相對(duì)低。公司鋁合金均是一遍涂層，厚度為0.2 mm～0.5 mm，對(duì)浸涂后的涂層均勻程度高，采用工人手工流平是一個(gè)非常繁重的體力勞動(dòng)，并且一致性差，最好采用機(jī)器人或機(jī)械裝置進(jìn)行涂層和流平。

2.2造型

2.2.1型砂的選用

優(yōu)先選用圓形的天然石英砂，多角形的人工石英砂也可使用；灰鑄鐵選用30目～50目的粒度，鋁合金選用50目～100目的粒度，型砂粒度越集中越好。

2.2.2舊砂處理

型砂長(zhǎng)期使用后（特別是澆注鋁合金鑄件時(shí)）在型砂表面凝聚一些泡塑分解產(chǎn)物，使型砂流動(dòng)性變壞，所以應(yīng)予以清除，清除型砂表面凝聚物的方法是將型砂加熱至800℃以上進(jìn)行焙燒，冷卻后再重復(fù)使用。

2.2.3干砂鑄型定型方法

1）鑄型上方留有較大的吃砂量，靠型砂的自重，維持澆注時(shí)砂型不變，這對(duì)于小件和鋁合金是有效的，對(duì)于較大和黑色金屬來(lái)說(shuō)，靠上部吃砂量型砂自重維持砂型不變是有困難的。

據(jù)調(diào)查，全市3個(gè)規(guī)模為100畝左右的糧食家庭農(nóng)場(chǎng)，稻麥兩熟一年純收入約8-12萬(wàn)元，家庭農(nóng)場(chǎng)盈利能力明顯高于普通農(nóng)戶。而部分流轉(zhuǎn)面積在200畝左右，以經(jīng)營(yíng)秧草、蔬菜、花木等設(shè)施農(nóng)業(yè)為主的農(nóng)地合作社，盈利能力比以種糧為主的家庭農(nóng)場(chǎng)還要更高些，除通過(guò)項(xiàng)目獲得國(guó)家財(cái)政補(bǔ)助外，其經(jīng)營(yíng)性收入每畝地每年可凈贏利1500元左右。

2）砂型頂部加壓重（壓箱鐵），防止?jié)沧r(shí)抬箱，在不抽負(fù)壓澆注時(shí)，采用此種方法維持鑄型不變。

3）負(fù)壓澆注情況下，鑄型內(nèi)形成負(fù)壓，靠鑄型上表面與型內(nèi)的壓差使砂子“粘結(jié)”在一起，維持澆注時(shí)鑄型不潰散，這種“負(fù)壓定型”的方法，使之負(fù)壓實(shí)型鑄造時(shí)不必采用壓箱鐵或留有較高的頂部吃砂量來(lái)維持鑄型不變。

2.3熔化澆注

2.3.1熔化

灰鑄鐵熔化一般多采用中頻熔化爐，操作相對(duì)簡(jiǎn)單、效率高、質(zhì)量容易控制，熔化溫度一般在1 450℃～1 480℃；鋁合金一般多采用天然氣熔化爐，由于鋁合金的特點(diǎn)，熔煉相對(duì)灰鑄鐵復(fù)雜，需要粗精練、變質(zhì)、除氣、除渣和靜置等，在鋁液轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中盡量使鋁液平穩(wěn)，熔化溫度一般在750℃～780℃.

2.3.2澆注方式

灰鑄鐵采用負(fù)壓澆注，負(fù)壓范圍-0.03 MPa～～-0.05 MPa；鋁合金采用無(wú)負(fù)壓澆注。

澆注溫度：灰鑄鐵在1 400℃～1 450℃，鋁合金在700℃～750℃，薄壁件、小件取澆注溫度上限，厚大件取澆注溫度下限。在生產(chǎn)中，我公司消失模鋁合金件采用機(jī)器人澆注，相比較而言，機(jī)器人澆注更能避免人工澆注過(guò)程中在澆注速度上的差別，有效消除人為因素的影響。

2.4鑄件清理

鑄件清理一般包括：去除澆道、拋丸和修磨。

灰鑄鐵件的澆道一般用鐵榔頭敲掉；鑄件表面的涂料用拋丸機(jī)進(jìn)行清理，一般選用直徑1.5 mm左右的鑄鋼丸；鑄件表面的凸點(diǎn)或多肉用安裝角磨片的角磨機(jī)進(jìn)行修磨。

鋁合金件的澆道一般用帶鋸或者圓盤(pán)鋸切掉，鋸片選用鋁合金專用鋸片；鑄件表面的涂料采用噴拋丸機(jī)進(jìn)行清理，一般選用直徑0.6 mm～0.8 mm的不銹鋼丸；鑄件表面的凸點(diǎn)或多肉用安裝砂布輪的角磨機(jī)進(jìn)行修磨。

2.5鑄件后處理

消失模鋁合金需要進(jìn)行T6處理，其性能才達(dá)到要求。有研究人員試驗(yàn)表明：消失?；诣T鐵件的殘余應(yīng)力較普通粘土砂型鑄鐵件有較大減少（約30%），因此一般要求的鑄件不再進(jìn)行人工時(shí)效處理。

3結(jié)論

通過(guò)多年從事消失模鑄造灰鑄鐵件和鋁合金件的生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)，由于材質(zhì)性能不同，金屬液充型時(shí)發(fā)生的物化反應(yīng)完全不一樣。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)依據(jù)各自的特點(diǎn)制定相應(yīng)的工藝。同時(shí)好的產(chǎn)品質(zhì)量不僅需要制定合理的工藝，還需要配備性能優(yōu)良的設(shè)備，對(duì)消失模鑄造鋁合金件更加明顯。

［1］ 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.

［2］ 黃天佑，黃乃瑜，呂志剛．消失模鑄造技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］ 劉波，劉秋榮、鄭華昌，等．德國(guó)成型設(shè)備應(yīng)用國(guó)產(chǎn)化珠粒的研究［J］.鑄造技術(shù)，2010（12）：1473-1475.

［4］ 伍斌華．典型的箱體類(lèi)鑄件消失模涂料的研制［G］//安徽蕪湖：2013年8月中國(guó)消失模鑄造年會(huì)論文集.安徽蕪湖中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)，2013.

［5］ 鄧宏運(yùn)，陰世何，主編.消失模鑄造及實(shí)型鑄造技術(shù)實(shí)用手冊(cè)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

Difference of Lost Foam Process between Gray Iron and Aluminum Alloy

MA Hong-bing
（Shanxi Fast Auto Drive Group Company，Baoji Shanxi 722409，China）

This paper analyses and discusses the difference of different material（gray iron and aluminum alloy）in the process of the lost foam casting taking the example of heavy transmission housing combined with years of production experience.The results show that the process of gray iron and aluminum alloy lost foam casting is different，and cannot copy.For different materials，it should choose the different equipment and process parameters to achieve the production requirement，and to provide reference for colleagues.

lost foam process，gray iron，aluminum alloy，transmission housing

TG249

A

1674-6694（2016）03-0059-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.03.017

2016-04-15

馬紅兵（1977-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事鑄造生產(chǎn)及管理。