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汽车覆盖件冲压模具铸造工艺研究,值得一看

来源:365招生网-天天招生网

2021-09-12 10:41:32|已浏览:87983次

1 模具铸造工艺流程介绍

冲压模具是在冷冲压加工中,将材料(金属或非 金属)加工成汽车覆盖件成品(或半成品)的一种专用 工艺装备,其主体结构(模座、压料板、凹模、凸模等) 主要由铸造成型,如图1所示。

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冲压模具从设计图纸到铸件成品,具有一套完善 的铸造工艺流程,其中最主要的部分是泡沫模(FMC 模具)制造、工艺配方制造、填砂造型及铸后去应力处 理,如图2所示。

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通过选择不同的铸件材质及相应热处理工艺,满 足模具不同功能部位高强度、高硬度、高耐磨性及高 冲击韧性等性能需求。模座本体、一般压料板等对硬 度、耐磨性要求不高的常规结构类部件选用 HT300 (灰铁)材质,过桥压料板、修边凸模、修边/整形/翻边 镶块等对硬度、耐磨性、耐冲击性要求高的功能部件 选用ICD-5(铸钢7CrSiMnMoV)、QT600(球墨铸铁)等 材质,如表1所示。

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2泡沫模制造质量控制

现代铸造一般采用消失模(泡沫模)实型铸造工 艺(见图 3),其具有模型加工灵活便捷、生产周期快 (约22~25天)、成本低、尺寸精确等优势。

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泡沫模质量直接影响最终铸件 成品质量,作为铸造工艺流程中重要 的环节,须严格控制泡沫模质量。

主 要如下:

(1)材质、密度:泡沫模型需使用 泡沫颗小,密度大的泡沫材料进行制 造,建议 18~25kg/m3。目前国内泡沫 模主要使用的材质是可发性聚苯乙 烯泡沫(EPS),其优点是价格低、模型 强度好,缺点是由于其碳含量高,易 形成表面皱皮缺陷。碳渣上浮到铸 件顶面容易使铸件产生夹渣缺陷,需 设置好浇铸面及加工余量(一般 10~ 15mm,根据需要可增加至 20mm)来 避开夹渣层。

(2)尺寸要求:

a.缩水比:铸件在液态、凝固、固态的冷却过程中 会发生体积减少现象,即收缩。泡沫模型需根据模具 材质设定相应的缩水比(泡沫模型尺寸/模具设计理 论尺寸),一般灰铁、球墨铸铁缩水量比约为 1.01,铸 钢约为1.025。

b.加工余量:铸件成型后,需对模具型面、导板/镶 块安装面、滑配面等功能配合面进行精加工处理。为 保证加工量及避开铸件表面夹渣层,在泡沫模制造时 对加工面设置一定加工余量,如表2所示。

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c.尺寸检测:为保证泡沫模型尺寸及加工余量准 确,在泡沫模型成品完成后需进行尺寸检测,常用白 光扫描检测,如图4所示。

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(3)外观处理:为保证铸件表面质量,要求泡沫 表面平整光滑,避免变形、破损、缺料、表面粗糙、存 在异物、不清洁等缺陷。对于不同部位粘接部位,避 免脱落、裂缝、开口等缺陷。对凹凸模等重要部件, 建议采用整体泡沫机加工方式保证表面质量。此 外,为提高铸造质量,泡沫模实型投铸前,需涂一层 水基涂料。其主要作用如下:①降低铸件表面的粗 糙度值;②提高泡沫模型的刚度,防止在搬运、埋砂 时变形;③防止铸件产生机械粘砂,阻止金属液渗入 砂粒之间。

3铸件热处理工艺及成分性能分析

金属材料在固体范围内进行加热、保温和冷却, 以改变其内部组织,获得所需性能的一种方法称热处 理。铸件通过不同的热处理方式,可以获得所需的特 定铸铁材料力学性能及金相组织。

热处理的种类很多,根据其目的、加热和冷却方 法的不同,可以分为:普通热处理、表面热处理及其他 热处理方法。

普通热处理有退火、正火、淬火、回火;表面热处理 有表面淬火(感应加热、火焰加热等)、化学热处理(渗 碳、渗氮等);其他热处理有真空热处理、变形热处理和 激光热处理等。热处理方法虽然很多,但都是由加热、 保温和冷却3个阶段组成,通常用热处理工艺曲线表示。

普通热处理是钢制零件制造过程中非常重要的 工序,其中:

(1)退火:退火工艺是将工件加热到适当温度,保 温一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺,实际生产 中常采取随炉冷却的方式。常用退火工艺方法 根据 处理的目的和要求的不同,钢的退火可分为完全退 火、球化退火和去应力退火等。退火的主要目的是:①降低硬度,改善钢的成形和切削加工性能;②均匀 钢的化学成分和组织;③消除内应力。

(2)正火:正火工艺是将钢加热到Ac(3 或Accm)以 上30℃~50℃,保温一定时间,出炉后在空气中冷却的 热处理工艺。正火的主要目的是:①对力学性能要求 不高的结构、零件,可用正火作为最终热处理,以提高 其强度、硬度和韧性;②对低、中碳素钢,可用正火作 为预备热处理,以调整硬度,改善切削加工性;③对 于过共析钢,正火可抑制渗碳体网的形成,为球化退 火作好组织准备。

(3)淬火:淬火工艺是将钢件加热到奥氏体化后 以适当方式冷却,获得马氏体或贝氏体组织的热处理 工艺。淬火可以显著提高钢的强度和硬度,是赋予钢 件最终性能的关键性工序。

(4)回火:回火工艺是将经过淬火的钢件重新加 热到低于下临界温度Ac(1 加热时珠光体向奥氏体转 变的开始温度)的适当温度,保温一段时间后在空气 或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺,是钢件获 得所需性能的最后一道重要工序。回火的主要目的 是:①消除工件淬火时产生的残留应力,防止变形和 开裂;②调整工件的硬度、强度、塑性和韧性,达到使 用性能要求;③稳定材料组织与尺寸,保证精度;④改 善和提高加工性能。通过淬火和回火的相配合,才可 以获得所需的力学性能,如表3所示。

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4 铸件常见缺陷及对策

消失模实型铸造工艺采用泡沫实型模样,浇注时 边充型边气化,存在着复杂的物理、化学反应,如果工 艺控制不当,就会产生铸造缺陷。常见的缺陷类型包 括粘砂、缩松、缩孔、缩裂、夹渣、夹砂等缺陷。其中, 夹渣、夹砂等夹杂类缺陷往往出现在铸件底面或型面 等重要部位,易导致铸件报废不良,需重点避免。

(1)夹渣。夹渣是夹杂缺陷的一种,又称渣眼,包 括铁液熔渣和模样残渣。一般呈黑色,大小不一,形 状很不规则,有块状、片状、线条状等。一般存在于铸 件内部,多见于铸件上表面的皮下和拐角处。通常铸 件外观良好,加工去除表面金属后才能发现,对生产 和质量危害很大。建议从以下几点防止:

a.铁液熔渣:①加强扒渣和档渣工作:在出炉前, 铁水表面撒聚渣剂并进行扒渣,使倒入浇包内的铁 水表面渣子尽可能少,铁水包液面上撒盖聚渣剂并 镇静 2~3min,让熔渣上浮聚合,然后充分扒净渣子 再浇注;②设置底注式浇道和聚渣冒口:底注式浇道 能使铁水自下而上平稳充型,有利于泡沫模样的充 分有序气化和渣子的上浮,铸件顶部设置聚渣冒口, 便于渣子的收集和去除;③采用过滤网:过滤网对细 小的熔渣都有很好的过滤作用,特别是浇注初期效 果明显,如果能够控制洁净的铁水,就没必要采用过 滤网。

b.模样残渣:①控制泡沫模的材质密度:模样密度 越低,热解气化反应越迅速、固态残余物越少,越有利 于铸件的浇注成型,减少铸件产生夹渣的机会,一般 情况下,要求EPS模样密度控制在18kg/m3 以上,如果 模样本身不易变形,外观成型良好,尽可能将密度控 制在下限;②减少粘结胶的用量:粘接模样和浇口要 使用粘结胶,各种胶的发气量和残留物量,远大于泡 沫塑料本身,粘接模样和浇冒口时,要做到尽可能少 用胶,对于减少夹渣提高质量有利,但须保证具有足 够的粘结强度;③使用空心浇道:空心浇道有利于铁 水的顺利充型,并最大限度减少发气和残渣,采用空 心浇道有困难时,选用泡沫板材切割浇道,也要尽可 能选择低密度板材,密度在 0.014~0.018g/cm3,在实 际生产中往往忽视浇道模样的密度。

(2)夹砂:夹砂是铸件夹杂类缺陷的另一种主要 形式,主要是型砂随浇注的铁水进入型腔而滞留在铸 件内部形成的。夹砂与夹渣的外观区别在于:机加工 后夹砂为白色颗粒状,大小同砂粒,多见于铸件浇注 位置的上表面皮下。建议从以下几点防止:

a.保证涂层连续、均匀、完整:根据我国消失模铸 造原材料、工艺和负压浇注的实际情况,小型铸件涂 层厚度一般控制在1~2mm为宜。浇注系统由于铁水 冲刷时间长、冲力大,浇道涂层一般要厚于铸件涂层, 实际操作时可加厚一遍。控制整个涂层不开裂、不破 损、不漏白。

b.提高模样粘接质量:模样与浇道粘结缝要严密, 不存在开口和缝隙,防止涂料渗入接缝中。模样与浇 道连接处要圆滑过渡,避免浇道与模样粘结部位存在 尖角,造成浇注冲砂。

c.提高涂料强度:合适的涂料强度有利于抵抗铁 水冲刷,涂料配比中,耐火粘结剂与有机粘结剂合理 搭配,使涂层具备良好的综合强度,增强耐高温冲刷 能力。膨润土、硅溶胶、水玻璃等无机粘结剂有利于 保持涂料高温强度。

d.使用专用浇口杯和密封泥:干砂造型需要用塑 料薄膜密封砂箱上口,将泡沫直浇道上端覆盖于塑料 薄膜之下。其上面需要放置或架设浇口杯,如为架设 浇口杯其出铁口要有一定的直段使铁流呈圆柱下落, 架设时要与泡沫直浇道中心对正;如为放置浇口杯其 下面用耐火泥条与塑料薄膜结合严密,两种情况下都 要掌握浇杯出口小于直浇道,防止高温金属液散流将 干砂冲入铸件。

5 结束语

消失模(泡沫模)实型铸造工艺,在汽车覆盖件冲 压模具中普遍应用。从泡沫模材质选用、质量控制、 铸造材料及热处理工艺选用、常见铸造缺陷提前预防 等各铸造工艺流程严格控制,可生产出尺寸精确、表 面平整光滑、具有良好韧性、耐磨、耐冲击等性能优异 的铸件。

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