热加工论坛—汽车刹车盘技术攻坚.doc

汽车刹车盘技术攻坚目前，国内汽车（主要是轿车）刹车盘的出口市，场已经形成一定规模，仅就铸件来说，年产量（出口量）估计在 20万吨左右。由于刹车盘出口主要针对的是配件市场，外商定货品种繁杂，而每个品种生产，批量不大。另一方面，刹车盘铸件属薄壁小件，技术要求高，而国内生产出口刹车盘的企业，大多采用手工造型，粘土砂湿型，冲天炉熔炼铁液，成分变化较大，给生产技术管理和铸件质量控制带来一定难度，个别厂家铸件废品率居高不下，直接影响企业的经济效益和出口业务。富森机电公司在对刹车盘铸造技术和常见缺陷进行分析的基础上，提出一些可供参考的工艺改进对策。刹车盘铸件：一、生产技术状况：刹车盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成。不同种类刹车盘，在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异，盘毂的厚度和高度也各不相同。单层盘片的刹车盘结构比较简单。铸件重量多为 6-18公斤。二、技术要求：铸件外轮廓全部加工，精加工后不得有任缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。金相组织为中等片状型，石墨型，组织均匀，断面敏感性小（特别是硬度差小）三、生产工艺：国内大部分厂家采用粘土砂湿型，手工模板型，合脂油砂芯，个别厂家或个别品种铸件采用树覆膜砂热芯盒工艺，也有个别厂家在造型线上生产车盘。熔炼大多采用冲天炉，也有采用冲天炉 电炉联熔炼的，炉前进行孕育处理和铁液化学成分快速测，以便随时调整。刹车盘生产中较常出现的缺陷：有气孔、缩松、砂眼等；金相组织中 、 型石墨超标，或碳化物量标；布氏硬度过高导致加工困难，或硬度不均匀；石墨组织粗大，力学性能不达标，加工后粗糙度差，铸件表面明显可见的疏松等也时有出现。1气孔的形成及防止：气孔是刹车盘铸件最常见的缺陷之一，刹车盘件小而壁薄，冷却、凝固速度快，发生析出性气孔反应性气孔的可能性不大。而合脂油粘结剂砂芯的发气量大，如果铸型水分含量高，这两个因素常常会导致铸件产生侵入性气孔。生产中发现，如果型砂的水分超过 ，则气孔废品率明显上升；在个别薄砂芯的铸件中，常出现呛火（呛气孔）和表面气孔（脱壳），采用覆膜树脂砂热芯盒法制芯时，由于发气量大，气孔尤为严重；而一般带有较厚砂芯的刹车盘中很少出现气孔缺陷；2气孔的形成：刹车盘铸件盘片砂芯在高温下产生的气体，正常状态下应通过芯砂间隙向外或向内水平流动排出。盘片砂芯减薄，气路变得窄狭，流动阻力增大。一种情况是，当铁液很快淹没盘片砂芯后，突发大量气体；或高温铁液与某处的高含水砂团（混砂不均）接触，引起气爆，发生呛火，形成呛气孔；另一种情况是，所形成的高压气体侵入铁液，上浮逸出，在铸型不能及时将其排出的情况下，气体在铁液和上型下表面之间铺展成气体层，侵占了盘片上表面的部分空间，如果此时铁液正在凝固，或者粘度很大，失去流动性，不能将气体所占空间重新充填，就会留下表面气孔。一般情况下，型芯所产生的气体，不能及时通过铁液上浮逸出，则滞留在盘片上表面处，有时呈单个气孔裸露在外，有时在喷丸清理掉氧化皮之后暴露出来，有时在机械加工后才能发现，这将会造成加工工时的浪费。刹车盘盘芯较厚时，铁液通过盘芯上升淹没盘芯所需要的时间较长，淹没前芯子产生的气体有较多的时间通过砂粒间隙向芯子上表面自由流出，通过水平方向向外或向内流动的阻力也较小，故而很少形成表面气孔缺陷，但也可能发生个别孤立的气孔。这就是说，在砂芯的厚与薄之间，存在着一个形成呛气孔或表面气孔的临界尺寸，一旦砂芯厚度小于这个临界尺寸，即会出现比较严重的气孔倾向。这个临界尺寸随刹车盘的径向尺寸增大而增大，随盘芯的减薄而增大。温度是影响气孔的一个重要因素。铁液从内浇道进入型腔，在充填盘片时绕过中间芯子，向内浇道对面交汇，由于流程相对较长，温度降低较多，粘度也相应增大，该处气泡上浮排出的有效时间短，未等到气体完全排出时铁液就会凝固，故易发生气孔。为此，可采用提高内浇道对面盘片处铁液温度的办法来延长该处气泡上浮排出的有效时间。3缩松的形成及防止：缩松缺陷在有些刹车盘生产厂家表现得比较严重。对比不同厂家的不同生产条件发现，配料中废钢加入量大，铸件化学成分中的 、 含量偏低，力学性能控制得过高则缩松缺陷在总废品率中所占的比例较高，组织致密度的控制难度较大。刹车盘铸件为薄壁小件，冷却速度快，相对来讲，铁液凝固时过冷度大，石墨形核和长大受限，再加上收缩速度也大，收缩集中，凝固后期的石墨化膨胀自补缩利用率低，发生缩松缺陷的可能性增大。如果刹车盘盘毂和盘片的壁较厚，凝固和收缩速度相对较小，石墨化膨胀相对提前，有利于自补缩，则会大大减小缩松出现的几率。4缩松的形成过程：分析认为，缩松多发生在盘片浇注位置下表面内浇道一侧，在半径方向上距盘毂较近，此处受铁液流通效应影响，温度较高，凝固滞后，形成人为热节，易出现缩松。盘毂越高，补缩需求量就越大，万方数据越大，从 处或通过 处抽吸的铁液量也越多；盘片半径越大，壁厚越薄，补缩流动通道越长，越易凝固截死；在无冒口的情况下，若直浇道补缩压力不够，或内浇道过早凝固，都有可能加剧缩松的形成。5防止刹车盘缩松的措施：内浇道均匀分散引入铁液，减少盘片局部处过热，防止人为热节的形成，按照铸铁件均衡凝固 的观点，越是薄壁小件，收缩值越大，越要强调补缩。补缩方式可采用浇注系统补缩，也可设置冒口补缩。在采用浇注系统补缩方案时，可适当加大直浇道压头，如增加上箱高度、加浇口圈等；横浇道是撇渣和浮气的主要单元，用于补缩时，可适当加高加大其截面尺寸；内浇道应作成短、薄、宽的形状，内浇道短（横浇道距铸件近），受铸件和横浇道的热影响，以及铁液充填补缩流通效应的作用，内浇道不会提前凝固封闭，保持畅通的时间长，薄（一般为 ）可防止在内浇道引入处形成接触热节，宽是为了保证足够的过流面积。一旦铸件进入石墨化胀缩相抵的均衡凝固阶段，内浇道中的铁液停止流动，又会适时凝固截死，提高石墨化自补缩的利用率，这就是短、薄、宽内浇道（冒口颈）对补缩的自适应调节作用。有些缩松比较严重的铸件，可设置冒口进行补缩，冒口最好设在内浇道始端，也可在中间芯子处设置冒口，对内浇道一侧的盘片部位实施补缩。对于薄壁小件可采用二次孕育措施，即在小包内加入孕育剂进行瞬时孕育，提高孕育效果，促进石墨形核长大，加在包底，冲入铁液。6砂眼缺陷及防止：个别厂家铸件砂眼缺陷较多，调研分析认为主要原因是型砂湿强度低。由于缺少型砂检测仪器，凭经验掌握，粘土或膨润土、水等不定量，型砂的性能水分、含泥量、透气性、湿强度、紧实率等）不稳定或不能保证。而型砂的性能是控制刹车盘铸件的重要措施之一，这一点应该引起生产厂家的重视并设法改进完善。在只混制面砂的情况下，控制混砂质量更为重要。另外，采用手工模板造型时，浇注系统处的紧实度和均匀性也应得到保证，否则可能因冲砂、掉砂而造成砂眼缺陷。综上所述，针对不同铸造缺陷，采取相应工艺措施进行改进，有几点带有共性的