开通VIP，畅享免费电子书等14项超值服
首页
好书
留言交流
下载APP
联系客服
2022.06.09河南
编辑导语：对KW水平造型线生产的主减速器壳铸件缩孔缩松缺陷成因进行分析，通过优化浇注系统设计、凝固模拟分析、增加冒口以及发热冒口套等工艺改善措施，消除了铸件的缩孔缩松缺陷，实现了合格产品批量化稳定生产。
分体式主减速器壳（以下简称“主减壳”）是我国上世纪末由德国引进的奔驰系列中、后桥主减速器壳，该产品自引进至今，在我国主要重卡车型中长期存在，而且市场需求量稳定，不同重卡车型该系列产品仅存在微小尺寸差异。随着汽车技术的发展，产品质量要求逐步提高，近期新开发客户对该产品的要求为：不允许存在缩孔缩松缺陷。因此笔者通过对公司现工艺生产的产品进行解剖，确认产品缩孔缩松情况，为开发新产品优化铸造工艺方案提供参考。
1现有产品生产概况
目前公司内现有客户该系列产品采用水平分型KW静压造型线，气流预紧实加高压多触头压实造型生产，最大压实比压1.25MPa。砂箱尺寸为1100mm×900mm×350/250mm，生产率为90型/h。
主减壳材质为QT450-10，产品单重37.5kg，最大外轮廓尺寸为548mm×360mm×180mm，主要壁厚12mm，多处存在厚大热节部位，部分热节远离法兰，产品结构如图1所示。在型板的布局过程中，采用一型三件，中注式浇注系统，在保证产品质量前提下，直浇道设计位于靠近拐角位置，从而最大程度利用型板空间，提高生产效率和工艺出品率，铸造工艺方案如图2所示。
图1主减速器壳结构
图2铸造工艺方案
产品浇注位置是法兰面朝下放置，每件产品采用两个内浇口，开放式浇注系统，热节部位设置冒口进行补缩，上型设置出气针，凸台位置设置冷筋，砂芯使用热芯工艺，铁液浇注温度为1380～1420℃。炉前用碳硫分析仪和直读光谱仪检测铁液化学成分，见表1所示。
表1铁液化学成分（质量分数，%）
笔者经解剖分析，发现缩孔缩松主要发生区域为浇口附近轴承座安装面处垂直面与水平面结合位置，以及拨叉孔凸台内部，缺陷位置如图3所示。因此，在新工艺设计时，将这两个位置作为铸造工艺设计优化的重点。
图3缩孔缩松位置
2原铸造工艺产生缺陷分析
针对现有主减壳结构特点及浇注位置，对铸件热节位置进行分析，主要存在7处结构热节如图4所示，从实际生产情况看，热节4、5、6、7位置，因位于下箱，且热节相对较小，重力自补缩效果较好，生产过程中及生产件解剖均未发现缩孔，存在缩孔缩松缺陷的主要为热节1、2、3位置。
图4结构热节分布
对现有铸造工艺进行分析：①原工艺在化学成分方面，通过与同材质产品工艺进行对比及对碳当量进行核算，均符合要求；②浇冒口系统设计方面，原工艺为提高生产效率和工艺出品率，在KW线布置一型三件，冒口选择仅符合模数法，不符合体积法，冒口偏小，所能提供的铁液量不足；③凸台位置远离法兰处，现有浇冒口无法实现对其进行补缩，通过截取其中一件对现有工艺进行模拟，模拟结果显示，凸台位置凝固过程中补缩通道从法兰处断开，在产品内部形成孤立液相区，即法兰外侧增加冒口无法对凸台位置进行补缩，如图5所示。
图5现有铸造工艺模拟结果
3铸造工艺方案优化与验证
采用半封闭半开放式浇注系统，各位置浇口截面积比为：ΣS直：ΣS横：ΣS内=1:1.15:1.3，横浇道圆弧段搭接位置设置限流以降低铁液进入型腔的流速；使用两片90mm×90mm×1.5mm纤维过滤网，设计2个入水口，入水口位置设置冒口，冒口按照体积法进行校核，加大补缩冒口尺寸至80mm，同时调整浇口位置至热节2、3附近，确保该位置能得到有效补缩；在凸台热节1上方增加冒口，冒口位置使用规格为60mm×90mm发热冒口，提高冒口补缩效率。
优化设计后铸造工艺如图6，优化后模拟结果如图7。
图6优化后铸造工艺
图7优化后铸造工艺模拟
为了解决发热冒口及易割片下芯时从上型脱落问题，使用时提前将发热冒口与易割片砂芯用胶粘结组合，如图8所示；另外，在发热冒口模具侧面位置增加凹槽，制芯后形成过盈点，如图9所示。下芯时用工具将发热冒口组件压入上型，从而确保发热冒口组件下芯后不脱落。
图8发热冒口及易割片组件
图9冒口模具凹槽结构示意图
自2020年9月至11月份，笔者完成了新工艺验证，经过多轮验证铸件解剖均未发现热节1、2、3位置有缩孔缩松缺陷，解剖结果如图10。
10月至12月批量生产加工验证6031件，均未发现产品有缩孔缩松缺陷，废品缺陷种类统计见表2。
图10实物解剖
表2试验产品废品种类统计表
4结语
针对重卡分体式主减速器壳，通过在热节附近设置冒口可有效解决孤立热节的缩孔缩松问题；对于远离冒口补缩区域的孤立热节位置设置冷冒口，在冷冒口外侧加发热冒口套可有效提高冒口补缩效率，进而解决缩孔缩松问题，提高铸件内在质量，满足客户提高的产品技术要求。