深孔薄壁汽車零件的先進制造方法

成偉華，柯美元

（順德職業技術學院，廣東 佛山　528333）

深孔薄壁汽車零件的先進制造方法

成偉華，柯美元

（順德職業技術學院，廣東 佛山528333）

在制造汽車平衡塊中，通過制定合理的生產工藝參數，以鋼代銅，用熔模鑄造工藝生產出了合格的汽車用高錳鋼平衡塊，大大降低了生產成本。通過對焙燒工藝的改進和對傳統熱處理工藝的改進，解決了殼模燒不透和鑄件磁性不合格的問題。

熔模鑄造；高錳鋼；制殼；熱處理

汽車平衡塊是汽車上的一個重要零部件，主要用來消除汽車旋轉部件的不平衡，該零件表面質量和尺寸精度要求較高，高錳鋼成為生產該零件的首選。平衡塊零件形狀較為簡單，外形為光滑弧形，通過熔模鑄造完全可以達到技術要求。

熔模鑄造工藝特別適合鑄造尺寸精度高、表面粗糙度低、形狀復雜和壁厚較薄的鑄件。熔模鑄件的尺寸精度和表面粗糙度可分別達到CT4～CT6級和Ra0.8～1.6μm。鑄件最小壁厚可達0.5mm，最小孔徑可達1.0mm。

1　設計成分

Mn元素除了能夠降低奧氏體的Ms點外，還具有擴大奧氏體區和強烈穩定奧氏體組織的作用。在Fe-Mn系無磁鋼中，要在常溫下得到穩定的奧氏體組織，錳元素的含量至少要達到質量分數為16%。在高錳鋼中，碳也是強烈形成和穩定奧氏體組織的元素。為了降低生產成本，可以通過適當提高碳元素的含量來降低錳元素的含量。在實際生產中，該零件的化學成分如下：Mn=16.0～18.0，C=0.5～1.0，Si=0.2～0.9，P≤0.09，S≤0.08，Fe=余量。

2　制造蠟模

蠟模的制造主要包括蠟件壓制、模頭壓制和組樹三道工序。蠟件和模頭通過射蠟機進行壓制生產，其主要工藝參數為：射蠟壓力為3MPa，維持時間為24s；溫度為80℃。制造蠟模時，室內溫度和濕度分別要求控制在25±2℃和45%～75%。蠟件和模頭壓制好后，要進行組樹。組樹時，電鉻鐵的溫度為150℃。將蠟件逐一按28件/串、蠟件間隙10mm左右整齊牢固地焊接在模頭流道上，并使蠟件傾斜一定角度，以方便后面脫蠟和澆注時浮渣。

高錳鋼冷卻時收縮也比較大，散熱性能差，但流動性較好，要特別注意補縮。為了加強直澆道的強度，底部設置了一條橫向加強筋。在橫澆道與澆口杯之間還設置了兩條彎曲的加強筋，既幫助橫澆道末端排氣，也加強澆口杯的強度，另外也方便后面殼模澆注時用鋼叉叉住作業。

3　制造殼模

本零件的殼模采用多層型殼。工藝參數如下：所有涂層的液粉比均為3.6：1，撒砂70～80目白剛玉粉；面層和第二層的涂層用830硅溶膠和320目白剛玉粉，詹氏流杯粘度為42～45，干燥4～6h；第三層開始直至最后的封槳層的涂層用1430硅溶膠和莫來石粉，詹氏流杯粘度為16～25，除封槳層需要干燥14h外，其他涂層均干燥8h。

在多層型殼中的金屬液與面層涂料直接接觸，因此，要求面層致密、堅實、平整、光滑，并且不能與金屬液發生化學反應。一般可將蠟模組件在沾漿前，先放入到清洗液中浸泡3～5s，以去除模組表面的油污，然后用氣風槍吹干。另外，在硅溶膠與白剛玉粉的漿液中加入0.2%的消泡劑和0.6%的濕潤劑，并攪拌均勻。

每層型殼制作好后必須要充分干燥。特別是保證鑄件兩端處深孔的型芯達到干燥要求，否則就很容易產生氣泡、夾砂、澆不足、跑火等缺陷。在實際生產中，可采用增大空氣流通速度、加長干燥時間和減少殼模在干燥室的排列密度等措施來解決型殼干燥不充分的問題。

4　熔煉與澆注

該零件采用中頻感應爐進行鋼水的熔煉，配料為：鋁絲為0.12kg，除渣劑為0.98kg，CaSiMn為0.26kg，普通碳素鋼邊角料為115kg，中錳為13kg，高錳為13kg。鋼水的澆注溫度為1575～1595℃，熔煉溫度為1615～1635℃。

為了保證型殼具有良好的高溫強度和燒盡殼模內的殘蠟、有機物等物質，使鋼水能夠快速完全澆足整個型腔，澆注時，必須遵循紅殼澆注的原則，也就是要同時保證型殼的焙燒時間不能少于30min和型殼的焙燒溫度要不得低于1050℃。澆注完成后，將鑄模放入沙車進行空冷，空冷時間為25min。

5　熱處理

熔模鑄件經過清理工藝之后，將高錳鋼加熱到950℃以上保溫固溶，然后直接水淬，從而將高溫下的奧氏體組織保持到室溫，也就是我們通常所說的“水韌處理工藝”。但是，該零件采用常規的熱處理后會在表面形成一層氧化皮。在實際生產中，一般都是采用拋丸工藝，來進行去除氧化皮的處理。

圖1　熱處理工藝

為了解決磁性不達標的問題，對傳統“水韌處理工藝”進行了改進。首先，將網帶式熱處理爐分為前后兩段，前段為加熱段，后段為冷卻段。熱處理時，將分解氨氣氛通入到網帶爐中，使鑄件在加熱和冷卻的過程中都受到還原性氣氛的保護。其次，在冷卻段布置冷卻水道對爐體進行冷卻，鑄件不與冷卻水直接接觸。改進后的熱處理工藝曲線如圖1所示。為了提高生產效率，生產中常采用盡可能快的加熱和冷卻速度。雖然高錳鋼的傳熱性不好，但由于鑄件比較細小，快速加熱和冷卻時，也不會產生裂紋。

6　結語

以高錳鋼材質，采用熔模鑄造工藝和改進的熱處理爐之后，生產出了合格的汽車深孔薄壁鑄件產品。產品不僅達到了所要求的表面質量要求和尺寸精度，還滿足了無磁性的要求，產品合格率達到了96%以上。與用銅鋅合金熱鍛法生產的深孔薄壁零件相比，采用高錳鋼的熔模鑄造工藝生產的零件，成本降低了45%～55%，其經濟效益非常可觀。

［1］孫建昌.高錳鋼挖機鑄件的生產與質量改進［J］.鑄造設備與工藝，2012，8（4）：41-44.

［2］楊芳，丁志敏.耐磨高錳鋼的發展現狀［J］.機車車輛工藝，2006，（12）：6-9.

［3］王敏，周超梅，姚長貴，等.高猛無磁鋼50Mn18Cr4V的研究［J］.熱加工工藝，2008，（9）：69-71.

［4］柯美元，陳學鋒.高錳鋼平衡塊的熔模鑄造工藝［J］.熱加工工藝，2015，11（44）：107-109.

［5］郭敖如.我國熔模精密鑄造技術的進展［J］.鑄造設備研究，1999，（5）：47-51.

［6］王仲玨，孫萍.高錳鋼水韌處理效果控制［J］.熱處理，2006，1（26）：59-61.

［7］韓東林.高錳鋼鑄態水韌處理的實際應用［J］.熱加工工藝，1999，（5）：63.

Advanced Manufacturing Methods for Automobile Part with Deep Holes and Thin Wall

CHENG Wei-hua，KEI Mei-yuan
（Shunde Polytechnic College，Foshan，Guangdong 528333，China）

In the manufacture of automobile counterbalance，through setting proper processing parameters and using steel instead of mallet alloy，qualified automobile counter balance of high manganese steel was produced with investment casting process，which has greatly reduced production cost.The problem of shell under roasting and magnetism was solved through improving roasting process and improvement of conventional heat treatment process.

investment casting；high manganese steel；shell making；heat treatment

TH162

A

2095-980X（2016）07-0042-02

2016-06-12

國家重點實驗室課題基金項目（項目編號：2013013）

成偉華，湖北通山人，碩士，高級工程師，主要研究方向：汽車運用、汽車機械設備方面研究開發與教學工作。