汽車覆蓋件模具鑄造工藝改進研究

陳庭，王征

（1.湖北交通職業技術學院 機電工程系，湖北 武漢 430079；

2.東風集團股份有限公司乘用車公司 研發中心，湖北 武漢 430056）

汽車覆蓋件模具鑄造工藝改進研究

陳庭1，王征2

（1.湖北交通職業技術學院 機電工程系，湖北 武漢 430079；

2.東風集團股份有限公司乘用車公司 研發中心，湖北 武漢 430056）

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

干砂負壓；實型鑄造；汽車覆蓋件模具

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

引言

汽車工業的發展為汽車模具業的發展提供了極大的市場機遇，據有關資料顯示，在美國、日本等汽車制造業發達的國家，汽車模具在整個模具產業中占有50%左右的份額。而在我國，僅有三分之一左右的模具產品服務于汽車制造業。因此，汽車模具市場有相當大的發展空間，而汽車覆蓋件模具是整個汽車模具的重要組成部分，也是技術最密集、加工難度最大的部分[1]。

我國在汽車覆蓋模具的設計、制造、加工等方面與國外都有一定的差距。鑄造方面，隨著汽車工業的飛速發展與工業技術的進步，用戶對鑄件的要求也越來越高，鑄件的輕量化、薄壁化、強韌化已成為發展的必然趨勢。當前，國內汽車覆蓋件模具鑄件的生產多采用FMC（Full Mould Casting）鑄造毛坯，據統計我國采用實型鑄造和消失模鑄造工藝生產汽車覆蓋件模具產量已經突破30萬噸，并呈繼續上升趨勢。而實型鑄造的主要生產工藝過程對環境的負面影響以及樹脂成本較高的缺點也逐漸顯現出來。干砂負壓實型鑄造工藝具有環境污染小、鑄造成本低的特點，它能在解決實型鑄造工藝所存在的問題的同時，進一步提高鑄件質量。

1、汽車覆蓋件模具的鑄造工藝

1.1 實型鑄造工藝

汽車覆蓋件模具（如圖1所示）具有單件、小批量生產特點, 多為中大型模具，有的單件模具毛坯重達數噸甚至十幾噸。傳統的鑄造方法采用木質模樣、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。實型鑄造方法與之相比具有許多優點已成為汽車覆蓋件沖模毛坯生產的主要方法[2]。

實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合涂料層，采用呋喃樹脂砂（石英砂）造型的實型鑄造工藝。該方法可獲得表面光潔、尺寸精確、內部致密、無飛邊毛刺的鑄件 。相對于傳統砂型鑄造，實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，大大提高了生產效率、減輕了勞動強度。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 實型鑄造存在問題

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

首先體現在環保問題上。由于實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，對環境污染嚴重。另外，澆注過程中，樹脂燃燒也會產生部分有害氣體，會影響操作人員的健康。

其次，國內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，目前實型鑄造工藝在實際生產中由于泡沫燃燒產生的大量廢氣無法順利排除會導致鑄件產生氣孔、縮松等缺陷（如圖3所示），致使模具質量降低。嚴重時，甚至可能致使鑄件報廢。

2、干砂負壓實型鑄造工藝

2.1 干砂負壓實型鑄造工藝優點

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

（1）干砂負壓實型鑄造工藝和其它實型（FM）工藝有很多相同之處，對鑄件結構無特殊要求，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度，鑄件幾何精度可達CT6-8級。

（2）干砂負壓實型鑄造工藝，生產中大型鑄件，由于真空負壓的作用，鑄型澆注時把泡沫型燃燒產生的有害氣體和有害物質抽吸到除塵器集中起來處理，達到了綠化和凈化鑄造生產的目的。由于負壓的作用，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，提高了生產效率。

（4）采用負壓工藝，可以不用混砂設備，發泡設備和制模機械,落砂設備可簡化。砂處理設備中的砂塊破碎機、舊砂再生機，大大節約了項目建設投資[4]。

2.2 干砂負壓工藝流程

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

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補償，以使砂型全部緊實；采用v法沙箱、抽氣吊桿相結合采用低抽、側抽與頂抽真空，使得砂型內部真空度均勻，對于盲孔、凹槽部位采用自硬樹脂砂補償，防止夾砂與塌箱缺陷；采用在型砂上加壓振動緊實，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，并要有一定的強度和密實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，填放干砂，震動緊實。再翻箱造型，最后鋪放一層薄膜。抽真空，真空強度為0.3-0.4MPa，進行澆注。

（3）冷卻一定時間后，開箱對鑄件進行拋丸處理。最后檢查鑄件尺寸，上涂料。

2.3 干砂負壓實際應用

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

實踐證明采用干砂負壓實型鑄造工藝極大的改善了鑄造車間的環境，有利于改善工人勞動條件。實型鑄造澆注時濃煙滾滾，大量廢氣產生，同時會產生大量煙塵，對環境污染嚴重如圖5所示。而采用負壓干砂實型鑄造以后，由于負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生難聞的氣味，改善了工作環境。

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

3、總結

負壓干砂實型鑄造工藝在生產汽車覆蓋件模具中與實行鑄造鑄造工藝相比,有很多特點和一定的優勢，尤其在成本以及環保方面。但在鑄造大件以及復雜結構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，從實踐中積累經驗。提高模具的質量，使我國汽車覆蓋件模具的發展向高精度、高質量的高檔模具發展，能改變我國覆蓋件模具等高檔模具主要依靠進口的現狀。

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

[2]范宏訓,賴華清,張國寶.汽車覆蓋件沖模的實型鑄造技術[J].湖北汽車工業學院學報,2003(1):26-28.

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

[4]韓素喜,祝文章,肖占德.負壓干砂技術在實型鑄造大中型鑄件工藝中的應用. 中國鑄造信息網.

[5]韓煥卿,李增民,肖占德.負壓干砂實型鑄造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，工學碩士，講師，就職于湖北交通職業技術學院機電系，研究方向為機械設計制造及自動化。