常新 劉利

沈陽(yáng)來(lái)金汽車(chē)零部件有限公司

汽車(chē)沖壓模具鑄造工藝探究

常新 劉利

沈陽(yáng)來(lái)金汽車(chē)零部件有限公司

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鑄大型鑄件的質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，鑄造在機(jī)械制造業(yè)中占有重要的地位。鑄造技術(shù)的發(fā)展也很迅速，特別是19世紀(jì)末和20世紀(jì)上半葉，出現(xiàn)了很多的新的鑄造方法，如低壓鑄造、陶瓷鑄造、連續(xù)鑄造等，在20世紀(jì)下半葉得到完善和實(shí)用化本文重點(diǎn)就汽車(chē)沖壓模具鑄造工藝進(jìn)行了研究和分析。

汽車(chē)沖壓模具 鑄造工藝 大型鑄件

鑄造是將通過(guò)熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過(guò)程。鑄造是常用的制造方法，制造成本低，工藝靈活性大，可以獲得復(fù)雜形狀和大型的鑄件，在機(jī)械制造中占有很大的比重，如機(jī)床占60～80%，汽車(chē)占25%，拖拉機(jī)占50～60%。由于現(xiàn)今對(duì)鑄造質(zhì)量、鑄造精度、鑄造成本和鑄造自動(dòng)化等要求的提高，鑄造技術(shù)向著精密化、大型化、高質(zhì)量、自動(dòng)化和清潔化的方向發(fā)展，例如我國(guó)這幾年在精密鑄造技術(shù)、連續(xù)鑄造技術(shù)、特種鑄造技術(shù)、鑄造自動(dòng)化和鑄造成型模擬技術(shù)等方面發(fā)展迅速。

一、軟件設(shè)計(jì)模具的流程分析

開(kāi)始設(shè)計(jì)師需要建一個(gè)設(shè)計(jì)模型，就是模具中具有的制造的產(chǎn)品的原型，需要在該軟件的零件模塊中間進(jìn)行三維的造型設(shè)立，正常經(jīng)過(guò)拉伸、切除、拔模、圓角等特征方法來(lái)進(jìn)行創(chuàng)立和建立。這時(shí)，文件的類(lèi)型應(yīng)該選制造一模具型腔，然后，我們的子類(lèi)型選模具型腔。我們就把它裝配到模具模型中，這樣就使得它成為了參照模型了。最后，在其中加上設(shè)計(jì)好的工件，或者我們用軟件提供的工具自動(dòng)在其中創(chuàng)立，在沒(méi)辦法完成工件創(chuàng)建情況下，原始的手工繪制的辦法就可以使用了，這樣也可以得到需要的工件，這里的工件是毛坯。自然狀態(tài)下，壓力和溫度會(huì)發(fā)生改變，鑄件從模具中拿出來(lái)就會(huì)發(fā)生收縮等現(xiàn)象，所以，為了補(bǔ)償其中由于壓力溫度帶來(lái)的偏差，用軟件中擁有的收縮率功能。設(shè)計(jì)者經(jīng)過(guò)設(shè)定恰當(dāng)?shù)氖湛s率就能夠得到方法參考模型，這樣能夠獲得正確尺寸的鑄造物件。模版中用來(lái)分割參照模型的曲面通常叫做分型面，它的設(shè)計(jì)將會(huì)直接影響到最后成型的零件的尺寸，表面的質(zhì)量。使用上面提到的分型面，我們把工件分成型腔、型芯體積塊三部分。正常情況下，運(yùn)用軟件分割菜單下面的兩個(gè)體積塊命令，將其分成很多個(gè)體積快，即拆模。這個(gè)不是元件，它是無(wú)質(zhì)量的、三維的封閉曲面組。人們經(jīng)過(guò)向體積塊中間加入實(shí)體的材料，讓它變成實(shí)際的元件，這個(gè)過(guò)程就是抽取模具元件的過(guò)程。完成之后，就成為了功能強(qiáng)大的Pro/EnGineer零件，把它調(diào)用或者裝換到其他的軟件中進(jìn)行數(shù)控加工即可。

二、實(shí)驗(yàn)方案及過(guò)程

（一）實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品選擇

選擇重3t左右拉延序模具，汽車(chē)模具鑄件采用泡沫實(shí)型鑄造，在泡沫實(shí)型制作階段將兩部分制作為一體。凸模型面為QT600材質(zhì)，模座為HT300材質(zhì)。在澆注過(guò)程中澆注順序?yàn)橄葷沧⑶蚰T鐵部分再澆注灰鑄鐵部分，由于充型速度過(guò)快，為了防止球墨鑄鐵鐵液在澆注過(guò)程中，鐵液在慣性作用下充型至灰鑄鐵部位，造成材質(zhì)混合，故將其澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)為開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，同時(shí)采用底側(cè)注澆注方式保證鐵液充型平穩(wěn)，澆注系統(tǒng)比例為直澆道：橫澆道：內(nèi)澆道=1：(1.5-2)：(2-3)。為了防止在澆注灰鑄鐵時(shí)，由于充型力及其重力落差對(duì)已澆注的球墨鑄鐵部分造成沖擊，導(dǎo)致球墨鑄鐵部分發(fā)生混亂，故將灰鑄鐵內(nèi)澆道設(shè)置在灰鑄鐵和球墨鑄鐵的交界處，減少內(nèi)澆道的充型落差。同時(shí)為了保證鐵液充型平穩(wěn)比例為直澆道：橫澆道：內(nèi)澆道=l：(1.5～2)：(2-3)。在造型階段，兩個(gè)澆注系統(tǒng)獨(dú)立分開(kāi)，防止發(fā)生混合，兩個(gè)澆注系統(tǒng)分別設(shè)置獨(dú)立的澆口杯并做好標(biāo)記，防止熔煉澆注時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。

（二）熔煉澆注工藝設(shè)計(jì)

利用UG軟件繪制出澆注系統(tǒng)，精確計(jì)算球墨鑄鐵及灰鑄鐵部分所需鐵液量，在計(jì)算時(shí)鐵液量除了包含鑄件自身重量還應(yīng)包含對(duì)應(yīng)的澆道重量，經(jīng)計(jì)算，此次試驗(yàn)計(jì)算得出球墨鑄鐵部分需鐵液，灰鑄鐵部分需鐵液1.5t。因硫是一種反球化元素，它與鎂、稀土等球化元素有很強(qiáng)的親合力，硫的存在會(huì)大量消耗鐵液中的球化元素，形成鎂和稀土的硫化物，引起夾渣、氣孔等鑄造缺陷，故在球墨鑄鐵中硫含量一般要求小于0.02%。在灰鑄鐵中硫元素會(huì)與錳元素結(jié)合形成MnS或者(FeMn)化合物，可作為石墨化的非自發(fā)晶核，有利于提高灰鑄鐵的孕育效果，故在灰鑄鐵成分中硫含量一般控制在0.05%-0.1%。但本次雙材質(zhì)生產(chǎn)為了防止灰鑄鐵材質(zhì)在澆注完畢后和已澆注的球墨鑄鐵材質(zhì)發(fā)生球化反應(yīng)，生產(chǎn)時(shí)其灰鑄鐵硫含量必須控制在0.02%以下。

（三）澆注溫度要求

考慮泡沫氣化吸熱等因素，球墨鑄鐵材質(zhì)澆注溫度設(shè)定在1400-1420℃，灰鑄鐵澆注溫度設(shè)定在1380-1400℃，澆包必須進(jìn)行預(yù)熱處理，且預(yù)熱時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)，防止?jié)舶鼫囟冗^(guò)高造成澆注溫度過(guò)高，所以預(yù)熱時(shí)間設(shè)定在8min左右；球墨鑄鐵鐵液降溫到1200-1250℃時(shí)呈糊狀，流動(dòng)能力差，此溫度既不會(huì)使鐵液產(chǎn)生冷隔，又能減小鐵液流動(dòng)混合量。結(jié)合熱力學(xué)原理由鑄件降溫曲線得出，澆注初期每噸球墨鑄鐵鐵液在砂箱內(nèi)的降溫約為10℃／min，通過(guò)實(shí)際測(cè)量球墨鑄鐵澆注溫度為1405℃，所以設(shè)定澆注球墨鑄鐵鐵液17min后澆注灰鑄鐵鐵液。在球墨鑄鐵部分澆注完成后，需用砂子將直澆道堵塞，防止在澆注灰鑄鐵鐵液后，由于壓力原因造成球鐵鐵液流動(dòng)。

三、結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展為汽車(chē)模具業(yè)的發(fā)展提供了極大的市場(chǎng)機(jī)遇，據(jù)有關(guān)資料顯示，在美國(guó)、日本等汽車(chē)制造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，汽車(chē)模具在整個(gè)模具產(chǎn)業(yè)中占有50%左右的份額。而在我國(guó)，僅有三分之一左右的模具產(chǎn)品服務(wù)于汽車(chē)制造業(yè)。因此，汽車(chē)模具市場(chǎng)有相當(dāng)大的發(fā)展空間，而汽車(chē)覆蓋件模具是整個(gè)汽車(chē)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。汽車(chē)用拉延序沖壓模具采用球墨鑄鐵與灰鑄鐵雙材質(zhì)生產(chǎn)，主要控制s含量在0.02%以下，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)控制灰鑄鐵鐵液充型力，減少兩種液體的混合量等因素，解決了模具全部使用球墨鑄鐵材質(zhì)造成材料成本浪費(fèi)及凸模與模座分體制造后期需要加工裝配的模具設(shè)計(jì)難題。通過(guò)該技術(shù)可進(jìn)一步降低模具制造成本和工期。