汽车离合器压盘压盖铸件铁型覆砂铸造工艺.docx

Oct. 2014 Vol. 63 No.10铸造FOUNDRY999汽车离合器压盘压盖铸件铁型覆砂铸造工艺朱丹，潘东杰，沈永华，汤瑶（浙江省机电设计研究院有限公司，浙江杭州310002）摘要：对某汽车离合器压盘压盖铸件进行铁型覆砂铸造工艺分析，确定了浇注系统、模具、铁型的工装设计方案， 并通过有限元软件进行凝固模拟来优化设计方案。生产实践表明，该汽车离合器压盘压盖铸件铁型覆砂铸造工艺方 案可行，且实现批量生产。关键词：压盘压盖铸件；铁型覆砂；工艺分析；工装设计；凝固模拟 中图分类号：TG249文献标识码：B文章编号：1001-4977 （2014） 10-0999-03Sand-Lined Iron Mold Casting Process for Automobile Clutch Shell and Cover CastingZHU Dan，PAN Dong-jie, SHEN Yong-hua, TANG Yao(Zhejiang Institute of Mechanical & Electrical Engineering Co., Ltd., Hangzhou 310002, Zhejiang, China)Abstract： Based on analysis of sand-lined iron mold casting process for automobile clutch shell and cover casting, the equipment designs were determined such as the gating, mold, sand-lined iron mold casting process for automobile clutch shell and cover casting. Then, it was optimized through solidification simulation by the finite element software. Finally, the production practice shows that sand-lined iron mold casting process is feasible for automobile clutch shell and cover casting, and the batch production was realized.Key words： shell and cover casting; sand-lined iron mold; technology analysis; equipment design;solidification simulation汽车离合器是直接和发动机飞轮装配的零件，起 到传递动力、保证汽车平稳起步、保护传动系的零件 以防止过载等作用。在使用一段时间后，常出现压盘 压盖变形、烧蚀和开裂等现象，导致离合器提前失效， 故离合器压盘压盖的强度、刚度及表面特征直接影响 汽车离合器的使用性能、寿命。国内大部分汽车离合 器总成企业生产离合器压盘压盖铸件均采用湿型砂铸 造工艺，该工艺生产的铸件缩松、缩孔和废品率高， 铸件内部和表面质量相对较差，目前迫切需要一种能 节约原材料、降低制造成本、提高工艺出品率和产品 合格率等的成形工艺。铁型覆砂铸造工艺是一项节能节材、能显著提高 铸件质量的铸造新工艺，是国家“八五”重点新技术 推广项目1。该工艺结合铸件结构特点、材质，利用覆 砂层厚度和铁型壁厚的变化，实现引出热节、造成顺 序凝固状态和集中补缩，或者形成同时凝固条件2，实 现铸件同时凝固，减少缩孔、缩松形成。铁型覆砂铸 造工艺在汽车离合器压盘压盖铸件上的应用，可降低 生产成本、大大提高铸件的表面和内部质量，具有显 著的经济效益和竞争优势。1工艺分析1.1铸件分析汽车离合器压盘压盖铸件（图1）材质为HT250，两 铸件重量都在24 kg左右，压盘压盖两铸件结构复杂， 壁厚相差较大的部位多且分散，最薄处壁厚7 mm，最 厚处为56 mm，很容易产生缩孔、缩松等缺陷。为了 减少模具工装的投入，要求压盘压盖共用一套模具和 工装，从两铸件结构和高度分析，因相差较大，必然 给铸造工艺设计带来一定困难。1.2浇注系统设计铸件材质为HT250，流动性不如球铁，但铁型覆 砂铸造的导热性远大于普通砂型铸造，故铁液前缘冷 却较快，铸件最薄处容易产生冷隔或者浇不足3，壁厚 处存在热节，容易出现缩孔、缩松，故尽可能用热铁 型浇注，并提高浇注速度和浇注温度。两铸件共用一个浇注系统，故浇注系统设计时， 采用了半封闭式浇注系统，F直F横F内=1.42.51， 为实现快速充型，增加横浇道横截面积，适当增加内浇道数，并使其流向一致，尽量避免金属液反向流动收稿日期：2014-06-15收到初稿，2014-07-07收到修订稿。作者简介：朱丹 （1982-），女，工程师，主要从事铁型覆砂工艺、工装及设备研究工作。电话E-mail：1000FOUNDRY（a） 压盘（b） 压盖图1 汽车离合器压盘压盖铸件Fig. 1 Automobile clutch shell and cover castingOct. 2014 Vol. 63 No.10和产生紊流，确保金属液迅速填充到型腔各个部位。 图2为压盘压盖铸件的浇注系统，采用两个横浇道，分 别与两铸件为同心圆，沿铸件法兰边展开，选择从压 盘和压盖法兰边开两个内浇道，每一内浇道处独立设 置补缩冒口，防止内浇道封闭，充分实现补缩，此浇 注系统直浇道直径为40 mm。图2 汽车离合器压盘压盖铸件与浇注系统Fig. 2 Automobile clutch shell and cover casting or gating2工装设计2.1模具设计模具设计主要包括模样、加热装置和底座等。两 铸件需共用一套模具，从两铸件结构和铸造工艺分析， 两铸件上下模具相差较大，模具加热装置加热困难， 故在模具设计上选择凹凸分型（图3），该分型方式关键 是在对模具的排气设计要求较高，若模具和铁型合模排气不畅，会造成隔层及浇不足等缺陷。该模具主要设计两方面排气：一是模样与铁型型 腔的排气，二是模样边缘和铁型边缘的排气。针对模 样与铁型型腔的排气大量采用排气塞排气；针对模样 和铁型边缘的排气采用模样与铁型凹凸面之间放4 mm 间隙，确保铁型和模样之间的气体能顺利排出。2.2铁型设计铁型的设计主要是铁型的壁厚、覆砂层的厚度、 射砂孔的布置和铁型排气设计。根据铸件的结构特点 和材质，本文设计覆砂层的厚度在铸件型腔部分覆砂 层为7 mm，浇注系统为10 mm，铁型壁厚为25 mm。 射砂孔的布置结合上、下铁型铸件特点和整个铁型覆 砂生产线的要求，上下铁型的射砂孔位置一致，见 图4。由于采用的是凹凸分型，在铁型的排气上，要求 上、下铁型合模后，当进行浇注时，铁型型腔之间的 空气能顺利排出，且铁液又不能漏出。根据设计经验， 上铁型、下铁型合模后，分型面的间隙为4 mm，见 图5。3模拟分析及生产实践铁型覆砂模具工装投入成本较高，且铁型为随形 刚性砂箱，修改困难，一旦设计失败，很难补救，故（a） 上模板（b） 下模板图3 汽车离合器压盘压盖铸件的上、下模板Fig. 3 On the template of automobile clutch shell and cover casting铸造朱丹等：汽车离合器压盘压盖铸件铁型覆砂铸造工艺（a） 上铁型（b） 下铁型图4 汽车离合器压盘压盖铸件的上、下铁型Fig. 4 Upper and lower iron type of automobile clutch shell and cover casting1001图5 汽车离合器压盘压盖铸件的上、下铁型合箱图Fig. 5 The box figure of up and down iron about automobile clutch shell and cover casting作铁型覆砂工艺参数设计时，希望能一次成功。常采 用计算机凝固模拟实现铸造工艺的智能化设计及可视 化铸造过程 4-5，对铸件的凝固过程进行计算模拟，预 测缩孔、缩松的存在位置，并通过修改工装设计的工 艺参数，制定出更合理的工艺，从而达到缩短设计周期、减少试制成本、尽可能实现一次性设计成功的目 的。根据设计方案和工艺参数，采用凝固模拟软件， 设定相应的边界条件，进行模拟，结果（图6）表明，在 热节处未发现缩孔、缩松等现象。某企业采用以上工艺试生产，浇注温度为1 400（a）（b）图6 热节处缩孔缩松剖视图Fig. 6 The thermal center section of porosity shrinkage1 450 。经机加工后未发现气孔、缩松、裂纹、冷隔 及夹渣等铸造缺陷，试棒硬度为HB186，工艺成品率 为85%，铸件表面质量和尺寸精度等均满足铸件技术 要求，确定应用该工艺方案进行批量生产。经生产验 证，采用铁型覆砂工艺大大节省了树脂砂的用量，节 约了生产成本，经济效益十分可观。4 结束语采用铁型覆砂铸造工艺成功生产了汽车离合器压 盘压盖铸件，表明对于壁厚且结构相差较大的铸件共 用模具，可以通过合理的浇注系统设计、模具、铁型 设计结合计算机模拟技术，可提高设计工艺的合理性， 缩短设计周期，降低试制成本，给企业带来了显著的经济效益。参考文献：1 潘东杰. 铁型覆砂铸造工艺凝固模拟及应用J. 铸造，2000 （2）：1-4.2 何芝梅，潘东杰，黄列群，等. 轮毂类铸件覆砂铁型铸造工艺及设备J. 现代铸铁，2009 （5） 4