2.1鑄造工藝概要2.2鑄造材料2.3鑄造工藝與設(shè)備2.4模型2.5鑄件質(zhì)量2.6曲軸、凸輪軸的鑄造工藝鑄造

鑄造教學(xué)提示：鑄造生產(chǎn)在機(jī)器制造工業(yè)和其它工業(yè)部門應(yīng)用十分廣泛，汽車鑄件生產(chǎn)有多種具有特色的鑄造方法，鑄造材料的選取又是顯得十分的重要，鑄造工藝主要包括造型與制芯、熔化、鑄造、熱處理、落砂處理等技術(shù)與工序，從用途出發(fā)，又必須密切注意汽車鑄件的質(zhì)量。教學(xué)要求：了解汽車鑄造所需的原料，了解各種鑄造工藝及其鑄造方法，了解模型的設(shè)計(jì)及其制造方法，掌握鑄件質(zhì)量檢查方法，同時(shí)學(xué)習(xí)曲軸、凸輪軸的鑄造工藝。2.1鑄造工藝概要2.1.1概述將熔化的金屬或合金澆入已制好的鑄型中，經(jīng)冷卻凝固后獲得所需形狀和尺寸的鑄件，這種方法稱為鑄造。鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)是：(1)不但可以生產(chǎn)與機(jī)械零件形狀接近的毛坯，而且可以生產(chǎn)半成品甚至成品，這樣可以大大減少機(jī)械加工及金屬的消耗。(2)一般說來可以制造任何尺寸、重量和復(fù)雜形狀的鑄件。(3)可以用其它方法不能加工或不易加工的材料生產(chǎn)鑄件，如鑄鐵、南錳鋼等。(4)生產(chǎn)成本低。這是因?yàn)殍T造所用原材料來源廣泛，價(jià)格低廉，廢品回收容易，一般不需要很多的復(fù)雜設(shè)備，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作也比較容易。汽車上的鑄件，不僅在形狀和強(qiáng)度方面應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)于材質(zhì)穩(wěn)定性和鑄件的經(jīng)濟(jì)性也有嚴(yán)格規(guī)定。近年以來，隨著新的鑄造技術(shù)的不斷涌現(xiàn)。鑄件的可靠性日益增高。對(duì)于汽車鑄件特性的主要要求是：(1)鑄件形狀復(fù)雜，常需使用砂芯；(2)尺寸精度高；(3)采用薄壁鑄件以減輕重量；(4)材質(zhì)穩(wěn)定；(5)具有足夠的耐壓性和抗壓性。針對(duì)上述要求，所采用新的鑄造技術(shù)有：(1)自動(dòng)化的高速高壓造型法；(2)大型低頻感應(yīng)電爐熔煉法，成沖天爐——低頻電爐的雙聯(lián)熔煉法；(3)強(qiáng)韌鑄鐵的薄壁輕型鑄件；(4)精密鑄造法等。圖2.1為一般鑄鐵件的鑄造工藝過程。球墨鑄鐵件與可鍛鑄鐵件的鑄造工藝過程與此基本相同。球墨鑄鐵鐵水從化鐵爐中流出后，應(yīng)加入鎂合金(Fe－Si－Mg)及其他合金，進(jìn)行石墨的球化處理。2.1.2鑄件由于鑄件的成本低并具有強(qiáng)韌性和耐磨性，可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、車軸與車輪等動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)的大型復(fù)雜零件。最近，為了適應(yīng)輕量化、散熱性與工藝性要求，氣缸蓋、氣缸體與變速器殼等零件多用鋁合金制造。表2-1列舉汽車的典型鑄件。2.1.3鑄造方式汽車鑄件生產(chǎn)采用多種各具特色的鑄造方法，本節(jié)只擇其中有代表性的幾種，扼要說明。

1.砂型鑄造

砂型鑄造主要使用合成砂，組成鑄造生產(chǎn)線。除用于生產(chǎn)氣缸體、氣缸蓋、制動(dòng)鼓等零件外，其適用范圍還在不斷擴(kuò)大。最近，高速高壓造型法迅速普及，造型速度可達(dá)240~300箱/小時(shí)，生產(chǎn)率極高。這種方法的特點(diǎn)載于表2-2。2.殼型鑄造

本法以熱固性樹脂使型砂結(jié)成硬殼，具有生產(chǎn)率高、鑄件尺寸精度高、砂型透氣性好和含水量低等優(yōu)點(diǎn)，正被多方采用。由于殼型的強(qiáng)度高，可使用嚴(yán)格的工藝方案，以提高鑄件材料的利用率，防止鑄造缺陷。然而所用樹脂的成本高，是這種方法的缺點(diǎn)。為此可采用金屬型復(fù)砂鑄造法，在金屬型腔表面復(fù)上一層3mm~6mm厚的型砂殼層。這種方法可減少昂貴的樹脂用量。3.壓力鑄造

此法是向金屬型內(nèi)壓人熔融的金屬，得到尺寸精度高、表面光潔的鑄件。2.1.4鑄造車間平面布置確定鑄造車間平面布置時(shí)，必須考慮鑄件種類、尺寸和產(chǎn)量。在鑄造車間內(nèi)，為使鑄件能高效率流動(dòng)，對(duì)于工序間和車間內(nèi)部各種設(shè)備的配置必須進(jìn)行充分的分析。所應(yīng)注意之點(diǎn)有：(1)縮短搬運(yùn)距離，并使產(chǎn)品流通順暢；(2)設(shè)備作立體布置，充分利用空間；(3)提高車間的機(jī)械化、自動(dòng)化程度，充分進(jìn)行檢測管理；(4)改善勞動(dòng)環(huán)境。熔化工序與造型工序是工藝管理的重點(diǎn)，根據(jù)熔化爐的類型和操作條件，進(jìn)行嚴(yán)格地管理。與此同時(shí)，為了型砂的再生利用，對(duì)于砂的透氣性、壓縮強(qiáng)度等性能也必須認(rèn)真管理，以縮小它們的變動(dòng)范圍。2.2鑄造材料2.2.1鑄造原料鑄造的主要原料包括生鐵、廢鋼、回爐料等熔化用料，以及鑄造用砂等造型材料。鑄造生鐵的質(zhì)量穩(wěn)定十分重要，最好對(duì)成批購進(jìn)的生鐵作化學(xué)分析并制表記錄，以供參考。本企業(yè)內(nèi)的廢鋼，已知其成分，可以放心使用，對(duì)于從外面購進(jìn)的廢鋼，則應(yīng)預(yù)先確定成分后，才可使用、材料分析除采用濕式的化學(xué)分析法外，最近多采用光譜分析法。1.對(duì)型砂和芯砂性能的要求型(芯)砂質(zhì)量對(duì)鑄件的質(zhì)量有很大的影響，如砂眼、夾砂、氣孔、裂紋等缺陷的產(chǎn)生常是由于型(芯)砂質(zhì)量不合格所引起的。同時(shí)，新的造型材料的出現(xiàn)，也常能促使造型或制芯工藝的變革。型(芯)砂應(yīng)具備如下的性能：(1)可塑性

(2)強(qiáng)度(3)耐火性

(4)透氣性

(5)退讓性2.配制型砂和芯砂用的原材料為了使型砂和芯砂具有合適的性能，需要進(jìn)行配制。配制型砂和芯砂用的原材料，種類很多，現(xiàn)將常用的原材料介紹如下：(1)原砂

原砂是型砂和芯砂的主要組成成分。原砂一般采自山地、海濱和河邊。原砂性能的好壞，主要決定于它的化學(xué)成分、砂粒形狀和均勻度。砂中SiO2含量愈高，它的耐火性愈好。砂粒以圓形為佳，愈均勻愈好。(2)粘結(jié)劑

粘結(jié)劑的作用是將砂粒粘結(jié)起來，使型砂、芯砂具有一定的強(qiáng)度、可塑性等。粘結(jié)劑有粘土和特殊粘結(jié)劑兩大類。(3)特殊附加物

為了提高造型材料的某些性能而附加的物質(zhì)，稱特殊附加物。2.2.2型砂型砂可分面砂、填充砂和單一砂等。面砂是緊貼鑄件的一層型砂，質(zhì)量要求高。填充砂在面砂層之后，不和金屬液接觸，質(zhì)量要求不嚴(yán)格。單一砂是不分面砂和填充砂的型砂，主要用于機(jī)器造型。另外大型鑄件的砂型常需烘干后再澆注，它所用的型砂中合有較多的粘土，這種型砂叫干模砂；中小型鑄件常用潮型澆注，它所用的型砂中合粘土量較少，這種型砂叫潮模砂。2.2.3芯砂砂芯除芯頭外四周都被金屬液所包圍，因此要求芯砂的耐火性、強(qiáng)度、透氣性和退讓性比型砂好，而且也要便于清理。因此芯砂的組成與型砂不同，它一般不用舊砂，對(duì)于要求高的芯砂要全部采用石英砂，同時(shí)采用特殊粘結(jié)劑(如桐油、合脂、紙漿廢液或水玻璃等)。例如，鑄鐵件用的形狀復(fù)雜的小型砂芯，其組成全為石英砂，另加1～1.5%桐油或亞麻仁油，視需要再另加1～2%的粘土，以保證它有一定的濕強(qiáng)度。2.3鑄造工藝與設(shè)備2.3.1造型與制芯1.造型

造型就是用型砂和模型制造鑄型的過程。造型方法分手工造型和機(jī)器造型兩大類。手工造型主要用于單件和小批生產(chǎn)，也用于形狀復(fù)雜和大型鑄件的生產(chǎn)。在大量生產(chǎn)時(shí)，主要采用機(jī)器造型。1)各種手工造型方法的特點(diǎn)和應(yīng)用表2-3所示為各種手工造型方法的特點(diǎn)及其適用范圍。2)機(jī)器造型及其工藝特點(diǎn)機(jī)器造型是現(xiàn)代化鑄造車間生產(chǎn)的基本方式。它可大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，鑄件尺寸精確，表面光潔，加工余量小。同時(shí)，可大大改變鑄造車間落后面貌，改善工人勞動(dòng)條件。(1)緊砂方法

機(jī)器造型緊實(shí)型砂的方法見表3-3。(2)起模方法

除拋砂機(jī)外，退型機(jī)大都裝有起模機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力也多是應(yīng)用壓縮空氣。起模機(jī)構(gòu)有頂箱、漏模和翻轉(zhuǎn)三種。(3)工藝特點(diǎn)

機(jī)器造型是采用模板進(jìn)行兩箱造型的。模板是將模型、澆注系統(tǒng)沿分型面與底板聯(lián)結(jié)成一整體的專用模具，造型后底板形成分型面，模型形成鑄型型腔。2.制芯和制造砂型一樣，可用手工造芯、機(jī)器造芯。在大量生產(chǎn)中多采用機(jī)器造芯。手工造芯方法也有很多種，但主要是用芯盒造芯。為了提高砂芯的強(qiáng)度，造芯時(shí)在砂芯中應(yīng)放入鑄鐵芯骨(大型芯)或鐵絲制成的芯骨(小型芯)。為了提高砂芯的透氣能力，在砂芯里應(yīng)做出通氣孔，做通氣孔的方法有：用通氣針扎孔，埋蠟線形成復(fù)雜通氣孔、在大型芯內(nèi)部填放焦碳等。為了提高砂芯的退讓性，大型芯可做成空心的，或在芯骨上纏上草繩。2.3.2熔化汽車鑄件壁薄而形狀復(fù)雜，容易發(fā)生鑄造缺陷。此外，對(duì)材質(zhì)強(qiáng)度與抗壓性的要求高，必須以高超的鑄造技術(shù)迸行生產(chǎn)。所以，熔化時(shí)除應(yīng)注意材料管理外，必須使熔化爐經(jīng)常保持恰當(dāng)?shù)娜刍瘲l件。熔化可單獨(dú)采用沖天滬，近來也多采用沖天爐——低頻感應(yīng)電護(hù)相結(jié)合的雙聯(lián)熔化方式。最近，由于30~40t大型坩堝低頻感應(yīng)電爐制造技術(shù)的完成，單獨(dú)使用坩堝低頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔化，或是與槽型低頻感應(yīng)電爐結(jié)合進(jìn)行雙聯(lián)熔化。低頻電爐中的鐵水成分與熔化溫度容易控制，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定。

1.普通鑄鐵熔化

表2-5(1)列舉各種熔化法所用的材料配比。不論采用哪種熔化方法，都應(yīng)盡量防止高溫熔化時(shí)鐵水被氧化以及鐵水氧化所引起的鑄造缺陷。2.球墨鑄鐵熔化熔化爐一般使用堿性沖天爐、無襯沖天爐與低頻感應(yīng)電爐，其原料配比載于表2-5(2)。3.可鍛鑄鐵熔化

熔化爐有沖天爐、電弧爐、反射爐與低頻電爐等數(shù)種，這些熔化爐雖可單獨(dú)使用，但多和沖天爐結(jié)合進(jìn)行雙聯(lián)熔化。為使鑄件材質(zhì)穩(wěn)足，必須嚴(yán)格控制鐵水成分。黑心可鍛鑄鐵(FCMB28)熔化時(shí)的爐料配比載于表2-5(3)。2.3.3鑄造1.砂型鑄造

鑄件設(shè)計(jì)對(duì)鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定起著重要作用。例如：應(yīng)盡量減少鑄件壁厚的差別，以及為了防止薄壁端部白口化而采取工藝增厚等措施。汽車鑄件常因減輕重量或自身冷卻的要求，需、用夾層砂芯，這些砂芯的形狀應(yīng)盡量設(shè)計(jì)得簡單些，并便于排氣。多采用高速高壓造型。造型、拆箱和其他工序幾乎全部自動(dòng)化，以節(jié)省人力，提高生產(chǎn)率。一般，鐵水先經(jīng)孕育處理再注人砂型。孕育處理是為了改善石墨形狀，提高質(zhì)量，防止薄壁部位徽冷硬化，改進(jìn)切削性。使用Fe-Si、Ca－Si等孕育劑。2.壓力鑄造

壓鑄機(jī)可分為熱壓室與冷壓室兩類。鋁合金與鎂合金一般采用冷壓室壓鑄機(jī)。保溫爐裝在壓鑄機(jī)近旁，金屬液由自動(dòng)進(jìn)給裝置從保溫爐中掏出，送到壓室內(nèi)，然后在高速高壓下于壓鑄型內(nèi)成形。壓鑄件表面光潔度，尺寸精度也比砂型鑄件高。此外，由干金屬液在金屬型內(nèi)的冷卻速度極大，鑄件機(jī)械性能顯著提高。表2-6對(duì)比了壓鑄件和砂型鑄件的機(jī)械性能。3.金屬型鑄造

將液態(tài)金屬澆入金屬型內(nèi)，靠金屬液自身重量充滿型腔的鑄造方法稱為金屬型鑄造。金屬型鑄件的尺寸精度高，機(jī)械性能好，但因金屬型的成本高，多品種少量生產(chǎn)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性差。與壓力鑄造相比，其生產(chǎn)率雖較低，但在一人可操作數(shù)臺(tái)自動(dòng)化鑄造機(jī)的情況下，能夠高效率地生產(chǎn)活塞。

4.低壓鑄造

使密閉坩堝內(nèi)的金屬液在低壓(0.05～0.5kg/cm2)下注人鑄型內(nèi)，稱之為低壓鑄造法。由于直到最后凝固時(shí)，澆口中的液態(tài)金屬始終承受壓力作用，可以得到非常致密的鑄件。這種方法常用于制造氣缸蓋，制動(dòng)鼓之類的鋁合金鑄件。

2.3.4熱處理1.普通鑄鐵

為了消除鑄造應(yīng)力，可將鑄件于500～600℃保溫?cái)?shù)小時(shí)而后冷卻。加熱溫度若高于600℃，將使強(qiáng)度下降，應(yīng)予注意。此外，為了使合澆鑄鐵凸輪軸的凸輪硬化，提高耐磨性，可施以高頻淬火或火焰淬火。2.球墨鑄鐵

為了得到預(yù)期的機(jī)械性能，可進(jìn)行退火或正火。外可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵是在920~940℃經(jīng)10~30小時(shí)保溫、隨后并在700～740℃經(jīng)20～45小時(shí)保溫的可鍛化退火制成的。

2.3.5落砂清理1.落砂與拋丸

鑄鐵氣缸體與氣缸蓋等是采用復(fù)雜砂芯的鑄件，應(yīng)在除芯機(jī)上去掉砂芯，并在懸鏈拋丸機(jī)上清理。小型鑄件則在拋丸清理滾筒內(nèi)清理。以鋼丸為拋射體。

2.清除披縫

對(duì)氣缸體、氣缸蓋等主要鑄件，應(yīng)以專用磨床清除披縫。其他小型鑄件則使用懸掛式砂輪機(jī)、雙頭砂輪機(jī)與手提式砂輪機(jī)清除披縫。鋁合金鑄件披縫的清理是使用帶鋸或雙頭砂輪機(jī)。2.4模型

2.4.1模型設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮鑄件形狀、尺寸、材料、組織變化與鑄造缺陷等許多因素。并應(yīng)根據(jù)造型方法的特點(diǎn)確定模型的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料和制造方法。

1.模型材料

砂型鑄造用模型常由鑄鐵、雄素鋼、銅合金、鋁合金、合成樹脂與木材等制成。從強(qiáng)度、耐磨性，工作性能等方面考慮，以鑄鐵模型使用最多。殼型法所用金屬模是在250~300℃受熱狀態(tài)下使用，從熱膨脹、熱容量、強(qiáng)度，耐磨性、加工性和脫殼性等方面考慮，幾乎都使用鑄鐵模，其材料牌號(hào)為FC25、FC30或合金鑄鐵。為了防止鑄鐵模在工作條件下受熱變形，應(yīng)該預(yù)先進(jìn)行低溫退火處理。

2.拔模斜度為了便于起出模型，應(yīng)使模型垂直面具備一定的拔模斜度，其值視模型表面光潔度、型砂特性、造型方法而定。3.收縮余量液態(tài)余屬凝固時(shí)收縮，使得鑄件尺寸小于型腔，所以應(yīng)在模型尺寸上放出收縮余量。4.加工余量根據(jù)鑄件材料、形狀、尺寸、加工條件，鑄造性等因素，確定加工余量。加工余量雖應(yīng)盡量減少，但有時(shí)還要適當(dāng)加大，以作為鑄造缺陷(激冷、夾渣等)的預(yù)防措施。5.芯頭座

確定芯頭座是支持和固定砂芯的重要部位，芯頭座和砂芯之間要有適當(dāng)?shù)难b配裕量。此裝配裕量不僅影響鑄件的鑄造披縫量，而且影響鑄件壁厚。在砂型中使用殼芯時(shí)，必須考慮它們之間膨脹系數(shù)的差異。

6.鑄造方案

鑄造方案關(guān)系到鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定和防止鑄造缺陷的發(fā)生，必須慎重確定。鑄造方案設(shè)計(jì)時(shí)，除應(yīng)掌握各種鑄造方法的特征外，還應(yīng)充分考慮鑄件形狀、尺寸、壁厚和材料等因素。對(duì)于澆口系統(tǒng)的諸要素(直澆口、橫澆口、內(nèi)澆口等)，應(yīng)進(jìn)行流體力學(xué)理論方面的計(jì)算。2.4.2模型制造模型制造采用數(shù)字控制的機(jī)械加工方法，以提高精度，縮短加工時(shí)間。一般常用的金屬模型加工設(shè)備載于表2-7。由于鑄件形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)纖細(xì)，當(dāng)以機(jī)械加工方法不能獲得預(yù)期形狀時(shí)，則需采用下述特殊加工方法。1.模型仿形加工用于石膏、合成樹脂、木材等材料制造的模具。2.雕刻加工使用對(duì)小轉(zhuǎn)彎極細(xì)部位進(jìn)行加工的機(jī)械。3.電火花加工用于不能以機(jī)械加工方法成形的模具。目前，像數(shù)字控制機(jī)床那樣，為許多模具制造者所采用。4.數(shù)字控制加工加工的精度高，適于重復(fù)加工。5.肖氏鑄造法是一種精密鑄造方法，鑄態(tài)的尺寸精度極高，可大幅度降低機(jī)械加工量。2.5鑄件質(zhì)量2.5.1鑄造條件與質(zhì)量從汽車鑄件的用途出發(fā)，必須密切注意其質(zhì)量。其中特別重要的是穩(wěn)定鑄件材質(zhì)，防止鑄造缺陷。影響鑄件質(zhì)量的主要因素載于圖2.2，可見影響因素極多。為了得到符合設(shè)計(jì)要求的鑄件，必須隨時(shí)掌握住這些因素的變化規(guī)律，進(jìn)行以穩(wěn)定質(zhì)量為中心的嚴(yán)格的工藝管理。1.鑄造

鑄造方案是影響鑄件缺陷和經(jīng)濟(jì)性的重要因素，必須仔細(xì)分析鑄件形狀、壁厚、材料、鑄造方法等各種條件，確定適當(dāng)?shù)蔫T造方案。2.熔化

熔化與澆注條件、鐵水成分都是影響鑄件材質(zhì)性能的重要因素。鐵水性質(zhì)決定于化鐵爐、化學(xué)成分、鋼屑配比、孕育劑、鐵水中的氣體量與冷卻條件。圖2.3對(duì)比于低頻感應(yīng)電爐與沖天爐中熔化的鑄鐵強(qiáng)度。圖2.3在低頻電爐或沖天爐

中熔化的鑄鐵機(jī)械性能對(duì)比2.5.2檢查方法鑄件檢查方法包括：外觀檢查、尺寸檢查、耐壓防漏檢查、材質(zhì)檢查與無損探傷檢查等數(shù)種。

1.外觀檢查

用肉眼觀查鑄件表面狀態(tài)以發(fā)現(xiàn)表面粗糙、孔穴、未鑄滿、形狀與尺寸超差、激冷不良等缺陷。2.尺寸檢查

尺寸檢查是以圖紙為依據(jù)，測量鑄件尺寸是否在公差范圍之內(nèi)，以發(fā)現(xiàn)形狀與尺寸的誤差。3.材料檢查

汽車鑄件材料應(yīng)根據(jù)使用目的來選定。為了保證材料的性能，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)分析、金相檢驗(yàn)與機(jī)械性能試驗(yàn)。圖2.4即為普通鑄鐵的抗拉強(qiáng)度與共振頗率的關(guān)系。4.耐壓防漏檢查

檢查鑄件中從里到外連續(xù)存在的細(xì)微裂紋與縮孔、氣孔群，是一種對(duì)承受壓力的零件或產(chǎn)品廣泛使用的方法。一般采用水壓試驗(yàn)，也可用油壓或氣壓作精密試驗(yàn)，5.無損探傷檢查

利用儀器進(jìn)行聲波試驗(yàn)、滲透探傷、磁粉探傷、渦流探傷、超聲探傷和放射性探傷，在保證鑄件質(zhì)量上起著重要作用。圖2.4普通鑄鐵的抗拉

強(qiáng)度與共振頗率的關(guān)系2.6曲軸、凸輪軸的鑄造工藝2.6.1球墨鑄鐵曲軸和合金鑄鐵

凸輪軸的濕砂型鑄造1.鑄態(tài)球墨鑄鐵曲軸曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中重要機(jī)件之一，發(fā)動(dòng)機(jī)全部功率都是通過曲軸輸出。曲軸的主要載荷是承受扭轉(zhuǎn)疲勞、彎曲疲勞和連桿傳遞來的小能量多次沖擊；曲軸軸頸與軸瓦的配合，在較高的比壓下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，正常情況下為有機(jī)油潤滑的滑動(dòng)摩擦磨損。依據(jù)國內(nèi)外曲軸失效的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其主要失效方式是交變應(yīng)力下的疲勞破壞(80％為彎曲疲勞斷裂)和軸徑的早期磨損燒傷。根據(jù)曲軸服役的工況和主要失效方式，要求曲軸材料不但要有較高的強(qiáng)度、韌性，而且要有一定的硬度。2.球墨鑄鐵曲軸的材質(zhì)本部分主要介紹鑄態(tài)球墨鑄鐵曲軸質(zhì)量分?jǐn)?shù)及合金元素的選擇，以及對(duì)球墨鑄鐵曲軸金相組織，力學(xué)性能的要求。(1)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及合金元素的選擇(2)金相組織(3)力學(xué)性能

碳當(dāng)量過低易產(chǎn)生白口，過高則會(huì)產(chǎn)生石墨飄浮。圖2.5是4110型柴油機(jī)球鐵曲軸的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖2.5石墨漂浮層厚度與碳當(dāng)量的關(guān)系3.球墨鑄鐵曲軸的濕砂型鑄造

(1)球鐵曲軸的鑄造工藝①順序凝固工藝②球墨鑄鐵曲軸的冒口③球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)④球墨鑄鐵曲軸的澆注方案圖2.12是球鐵曲軸臥澆臥冷澆注工藝方案示意圖。(2)曲軸濕砂型鑄造生產(chǎn)過程①爐料準(zhǔn)備

④造型

②熔煉

⑤制芯③球化孕育處理

⑥澆注

⑦清理和檢查圖2.12球鐵曲軸臥澆臥冷工藝方案圖2.13是球鐵曲軸臥澆立冷澆注工藝方案示憊圖。圖2.14是球鐵曲軸側(cè)澆側(cè)冷澆注工藝方案示意圖。圖2.14球鐵曲軸側(cè)澆側(cè)冷工藝方案圖2.13球鐵曲軸臥澆立冷工藝方案一般曲軸濕砂型鑄造生產(chǎn)是由爐料準(zhǔn)備、熔化、造型(含砂處理和制芯)、球化孕育、澆注、清理檢查等以造型為中心的鑄造生產(chǎn)過程組成，如圖2.15所示。表2-10列出了國內(nèi)主要汽車廠生產(chǎn)球鐵曲軸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，供生產(chǎn)球墨鑄鐵曲軸選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)參考。球鐵曲軸清理檢查流程框圖詳見圖2.16。(3)球鐵曲軸的鑄造缺陷及對(duì)策球墨鑄鐵曲軸常見的鑄造缺陷有球化不良、珠光體含量低、縮孔縮松、石墨漂浮、反白口、夾渣、皮下氣孔等。①球化不良②珠光體含量過低③縮孔、縮松④夾渣⑤皮下氣孔⑥石墨漂?、叻窗卓?.球鐵曲軸的局部強(qiáng)化表面強(qiáng)化工藝對(duì)于以彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞破壞和早期軸徑磨損燒傷為主要失效方式的曲軸生產(chǎn)是必不可少的強(qiáng)化工藝。國內(nèi)外關(guān)于鑄態(tài)球鐵曲軸局部強(qiáng)化的研究與應(yīng)用的方法有：表面淬火、表面氮化處理、圓角滾壓強(qiáng)化及強(qiáng)化噴丸等。

5.合金鑄鐵凸輪軸凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的主要機(jī)件之一。凸輪軸的主要失效方式是磨損(磨料磨損)、刮傷(粘著磨損)、疲勞(點(diǎn)蝕或剝落)。根據(jù)凸輪軸的服役工況和主要失效方式，要求凸輪軸材料有較高的強(qiáng)度和硬度。6.合金鑄鐵凸輪軸的材質(zhì)(l)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及合金元素的選擇①C和SiC含量不能過高或過低，一般選，(C)為3.1％～3.4%；Si含量一般以保證金相組織和白口層深度為標(biāo)準(zhǔn)，其中(Si)為1.8％～2.2％。②P和S對(duì)合金鑄鐵中的P和S含量不要求像球墨鑄鐵曲軸那樣嚴(yán)格，但也不宜過高，一般，(P)≤0.2%，(S)≤0.12％。③MnMn作為穩(wěn)定珠光體元素，不僅來源廣泛，而且價(jià)格便宜。一般(Mn)為0.5％～0.8％。④合金元素

可淬硬凸輪軸，采用添加穩(wěn)定珠光體，提高淬透性、淬硬性元素的方法，是通常應(yīng)用方法。合金鑄鐵凸輪軸質(zhì)量分?jǐn)?shù)詳見表2-21。(2)金相組織①石墨組織石墨為片狀A(yù)型分布或D型石墨，局部允許存在少量E型石墨。凸輪軸石墨分布形狀及其長度詳見表2-22。②基體組織鑄態(tài)組織為以珠光體基體為主。鐵素體含量不得超過20%，一般控制在10％以下。(3)力學(xué)性能①抗拉強(qiáng)度()一般合金鑄鐵凸輪軸采用HT250牌號(hào)鐵液，經(jīng)合金化處理，單鑄試塊抗拉強(qiáng)度

≤250MPa。②布氏硬度(HBS)一般凸輪軸桃尖5mm以下，布氏硬度在200～260HBS。7.合金鑄鐵凸轉(zhuǎn)抽的熔煉工藝(1)質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般合金鑄鐵凸輪軸用保證質(zhì)量分?jǐn)?shù)來保證金相組織的合格。(2)白口及孕育原鐵液要有一定的白口層深度，為了確保金相組織中消除萊氏體和石墨組織的細(xì)化，進(jìn)行孕育處理。(3)鐵液溫度原鐵液溫度和澆注溫度采用熱電偶測溫。2.6.2殼型鑄造曲軸、凸輪軸工藝

及裝備

的濕砂型鑄造殼型工藝是采用殼型砂造型工藝。澆注多采用立澆立冷的工藝方案。用殼型鑄造多生產(chǎn)四缸曲軸、凸輪軸。下面主要介紹殼型工藝方面的特點(diǎn)。1.殼型生產(chǎn)過程圖2.17是殼型生產(chǎn)流程示意圖。(1)造型殼型造型材料是援膜砂，殼型砂的豁結(jié)劑為熱固性樹脂。所以殼型模具需加熱后再制殼，制出的殼為片狀，將兩片殼粘接在一起，形成中空的鑄型。殼型裝砂箱示意圖詳見圖2.18。圖2.18殼型裝砂箱示意圖①殼型砂配制殼型砂配制采用殼型砂混砂機(jī)，其型號(hào)可依據(jù)本工廠的情況選定。②制殼

制殼根據(jù)工廠的情況可以選擇4工位殼型機(jī)。③埋箱

殼型鑄造曲軸、凸輪軸采用立澆立冷的工藝方案，詳見圖2.19和圖2.20(缺)，將黏結(jié)好的殼型豎直的放于砂箱中，一般每箱放5～8個(gè)殼型。④落砂

澆注后一般45～60min，開始落砂。⑤鐵丸的篩分及冷卻。圖2.19凸輪軸立澆立冷的工藝方案2.殼型工藝特點(diǎn)(1)立澆立冷底注式工藝方案曲軸、凸輪軸一般殼型鑄造采用立澆立冷底注式工藝方案。其充型平穩(wěn)，可采用封閉式澆注系統(tǒng)或半封閉澆注系統(tǒng)。一般可采用發(fā)熱保溫冒口，確保冒口補(bǔ)縮鑄件，同時(shí)減少冒口質(zhì)量，提高鑄件工藝出品率。

(2)殼型鑄造工藝特點(diǎn)殼型鑄造工藝具有尺寸精度高，表面質(zhì)量好，加工余量小，公差范圍小等優(yōu)點(diǎn)。殼型填鋼丸工藝，冷卻速度快，凝固質(zhì)量好?？梢允硅T造缺陷降低到最低限度。2.6.3金屬型盆砂鑄造曲軸、凸輪

軸工藝及工藝設(shè)備1.球墨鑄鐵曲軸金屬型復(fù)砂造型(1)金屬型復(fù)砂造型金屬型具有最大的剛度，然而這種鑄型由于冷卻速度過快，可能在球鐵曲軸中形成滲碳體或白口，影響曲軸的性能；為了有效地利用金屬型的剛度和快速冷卻，同時(shí)避免由于冷卻速度快帶來的問題，采用了金屬型內(nèi)部表面復(fù)砂層與金屬型形成一體的鑄型，這就是金屬型復(fù)砂造型工藝。(2)金屬型的壁厚和結(jié)構(gòu)應(yīng)從剛度、耐久性和操作方便來考慮(3)復(fù)砂層的厚度應(yīng)考慮鑄型剛度，操作工藝及金屬型溫度等因素(4)復(fù)砂層材料

2．同時(shí)凝固工藝砂型鑄造工藝采用順序凝固工藝，金屬型復(fù)砂工藝則多采用同時(shí)凝固工藝。同時(shí)凝固工藝冒口甚小或者無冒口。球墨鑄鐵凝固時(shí)具有很大的石墨膨脹力，這是已知的事實(shí)，金屬型復(fù)砂造型采用無冒口工藝使石墨