油道复杂汽车件工艺开发及改进

王玉国，吕 猛

（太重集团榆液液压工业有限公司铸造分公司，山西晋中 030600）

关键字：UG三维建模；油道复杂汽车件；工艺优化

铸造生产过程中，复杂油道铸件的铸造生产一直是困扰的难题。离合器壳是某汽车装配公司，自动变速箱的重要零部件，要求油道必须使用油道喷丸机进行处理，必须使用合适的内窥镜进行检测，确认不得有影响清洁度的问题。

1 离合器壳体铸件

离合器壳体铸件如图1所示，离合器壳体的材质是HT200，单重74 kg，外形轮廓尺寸为600 mm×515 mm×156 mm，最小壁厚6 mm，最大壁厚100 mm，内腔结构复杂，有三处油道，1#油道最小高度为10 mm，最宽尺寸为60 mm，总长230 mm；2#油道最小高度12 mm，总长210 mm.要求铸件内部致密[1]，不得有缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷，样件100%X射线检测。油道不得有粘砂、披缝，100%内窥镜检查。本体取样，金相检测放大倍数为100倍，碳化物和磷共晶放大倍数为400倍；石墨以A型石墨为主，石墨长度按ASTM A247进行评估，石墨长度应为3～6级。

2 原工艺存在的问题

图1 铸件外形

采用3 t中频感应电炉熔炼，化学成分（质量分数，%） 为：ω（C）：3.05～3.15；ω（Si）：1.45～1.55；ω（Mn）：0.9～1.0；ω（P）＜0.05；ω（Cu）：0.1～0.15；ω（S）：0.07～0.09.一次孕育剂加入质量分数为0.4%.采用湿型砂在SAVELLI静压造型线上生产，一型1件。型砂湿压强度为175 kPa，紧实率33%，水分3.75%，透气性105.内腔由覆膜砂热芯形成，油道砂芯组芯如图2所示。油道砂芯为覆膜砂热芯（1#、2#、3#）；工艺开发基于UG三维软件实体建模，拟合砂芯制芯、组芯、下芯方式；为了便于生产线下芯，设计4#冷芯，整体组芯后下芯。分型面为图1中法兰大平面，铸件基本全在下箱，1#砂芯顶部做排气孔。利用华铸CAE模拟软件进行凝固模拟分析[2]；结合该件材质、结构及模数，采用无冒口设计[3]，出品率达到89%.为保证铸件上表面质量，浇注系统采用陶瓷过滤网，各组元截面积比为：∑F直∶∑F阻：∑F横∶∑F内=1.3∶0.8∶1.3∶1.6.为保证铁液通过过滤网具有良好的流动性，浇注温度为1 360℃～1 420℃，浇注时间控制在16 s.样件经X射线检测，内部无缩孔、缩松缺陷；铸件表面气孔、砂眼缺陷废品率为0.5%.

图2 砂芯装配

存在的问题：（1）4#砂芯制芯机为冷芯射芯机，材料为三乙胺树脂砂，转运过程中，发现有部分变形开裂，造成大量砂芯报废；（2）部分铸件油道内部粘砂如图3、图4所示，通过内腔喷丸机无法清理干净；（3）95%铸件油道堵塞。

前期采取工艺措施[4]：针对油道砂芯（如图7）易断裂、高温凝固过程中易开裂的问题（如图3），在造型前，放置合适的芯撑子，效果有改善，100%铸件油道堵塞问题解决，但是95%铸件三处油道，尺寸有偏差，而且内部有不同程度披缝残留，内腔喷丸不能清理。同时某加工装配公司打压失败，不满足客户技术要求，不能彻底解决问题。

图3 油道剖开情况

图4 粘砂

3 工艺分析及改进

原因分析：（1）4#砂芯（如图 5）变形开裂主要原因是三乙胺树脂砂芯强度低，砂芯结构设计不好，两头的砂芯重量大造成拉应力；（2）油道内部粘砂主要原因是：覆膜砂芯在高温下反应，表面强度低；（3）油道砂芯断裂的原因是：油道砂芯原砂是硅砂，在570℃，820℃有两次晶格改变，高温下膨胀变形，造成砂芯浇注后变形或断裂。

采取措施：（1）针对4#砂芯变形开裂的问题，组芯区域做加强筋，如图6所示；（2）针对油道内部粘砂（如图4），采取油道砂芯全部刷涂料的措施，如图7所示；（3）使用宝珠砂原砂的覆膜砂做细小薄弱的油道芯[5]（如图8），专机使用，优点是发气量低，强度高，易溃散，耐火度高，高温下变形量很小，可以解决断芯问题。

图5 4#砂芯

图6 加强筋

图7 涂涂料的油道砂芯

图8 用宝珠砂为原砂的油道芯

4 效果及验证

按照此工艺更改方案，目前已经生产500件，4#砂芯在生产过程中无断裂现象。根据顾客技术要求，对所有铸件进行油道内窥镜检测，油道内腔喷丸后，表面光滑，无披缝、多肉、粘砂缺陷。该铸件已通过客户性能测试，成功实现了批量生产。

5 结论

通过该油道结构复杂离合器壳体铸件的开发，分析了该类铸造缺陷的产生原因，提出了解决油道壁厚不均匀、粘砂、隔墙等铸造缺陷的方法，通过更改砂芯原材料及工艺优化，废品率由原来的95%降低为0.5%.