冷激合金铸铁凸轮轴负压工艺的试验

李国良，费选廷，王建康，李 丹

（山西达康铸业有限公司，山西 运城 043300）

轿车凸轮轴在生产过程中存在这样一些问题：1）工艺出品率低（65%左右）；2）经常出现许多铸造缺陷：如裂纹、机加工面的白口倾向、夹砂、气孔、激冷层不符合要求等；3）由于分型面的存在，圆度不圆，加工余量大，打磨工艺繁琐，劳动强度大；4）效率低，能耗高，生产周期长，劳动环境差等。针对这些问题决定进行凸轮轴负压工艺的试验。

1 目前冷激合金铸铁凸轮轴生产工艺的现状分析

据初步了解全国生产凸轮轴的厂家很多，有近300余家，其中轿车用凸轮轴的生产厂家仅占10多家，生产水平主要以中汽成都配件有限公司为代表（原成都汽车配件总厂），是中国汽车工业总公司直属大型二级企业，系国家定点生产各型发动机凸轮轴以及车轮的专业化公司。始建于1951年，现已形成年产65万支汽车凸轮轴和30万套车轮的生产能力，产品质量、数量、品种和检测手段均居全国同行业首位，产品多次荣获国家机械部和优质产品称号和质量奖。

其次是中汇汽车零部件有限公司，实际年生产能力120万只，还有温州冠顺汽配凸轮轴制造有限公司、温州市嘉铭凸轮轴有限公司；温州的这两家公司均以机加工为主，据初步了解中汇公司同成都中汽是我国轿车凸轮轴生产具有代表性的生产厂，我们以这两家为参照物是符合现实的，他们均采用了两种生产工艺，即：覆膜砂工艺和生产线潮模砂工艺，覆膜砂工艺是最为传统的工艺，生产成本高，工艺繁琐，工艺流程如图1.生产线潮模砂工艺是近90年代我国刚发展起来的较为先进的工艺，工艺流程如图2，它的生产成本较前者低，但此工艺也没有改变后续打磨工艺的繁琐性，对于凸轮轴重量很小的特点，每箱仅有4根，铸型输送速率120箱/h（中汇），仅生产铸件1.2t，最大能量480根/h，单班产能9.6 t，实属大马拉小车，庞大的设备负荷率太低，所以实际生产成本比覆膜砂降低的也不尽如意，（由于潮模砂各种附加物会导致各种铸造缺陷，过程控制要求严格，设备维护费用较大）；并且生产线投入较大（一条线大约在1800万元左右）。

图1 覆膜砂工艺

图2 潮膜砂生产工艺

以上两种工艺后续打磨工艺严重制约生产效率，劳动强度大，生产环境差，很小重量的铸件4只/箱，浇注系统几乎等于铸件的重量，所以，工艺出品率在65%左右；若废品率不尽如意的情况下，工艺出品率会更低。

鉴于上述情况，本人纵观了我国各种铸造方法的优劣性，提出了负压铸造冷激合金凸轮轴的工艺设想，旨在实现一箱多铸提高工艺出品率，提高生产率，简化工艺程序，缩短生产周期，降低劳动强度，同时增强工艺的科学性、环保性，进而实现企业经济效益的最大化。此工艺的实验历经了近1年6个月的精心探求，经过了多次的实验，最终我们在实验条件很不成熟的艰难条件下，在兄弟单位的全力支持下，取得了实验的进展，用事实证明了这一工艺的可行性。

2 实验目的

验证负压消失模工艺对铸件的形成有何影响；验证激冷效果，负压工艺是否可以达到激冷层7mm～9mm的要求；验证各项机械性能指标是否达到相关要求。

3 凸轮轴消失模负压工艺

1）拟定的消失模生产工艺如图3所示。

2）消失模冷激合金铸铁凸轮轴的工艺试验。

（1） 原材料：Q 10低碳废钢 ω （C）=0.25%，75 S i F e，65 M n F e，65高碳 C r，C u.

Q 10的化学成分：ω （C）=4.45%，ω（S i）=0.8%～1.0%，ω（M n）=0.21%.

（2） 原料配比：Q 10：70%，废钢：30%，75 S i F e：1.6%，65 M n F e：1.15%，ω（C r）=0.6%，ω（C u）=0.8%.

（3）加料顺序要求：C r、C u直接随炉料加入，75 S i F e出炉前10m i n钟加入，65 M n F e出炉前7min加入，孕育剂依据原铁水试块白口倾向剂量控制在0.1%～0.2%.

（4）出炉温度要求：1450℃～1480℃（组装20根）。

（5）浇注温度：1380℃～1410℃，浇注时间10s.

（6） 负压度要求：（-0.03）MPa～（-0.04）MPa浇注后20m i n泄压。

（7）打箱要求：泄压后20m i n～25min.

3）凸轮轴化学成分要求

（1）ω（C）:3.0%～3.5%，ω（S i）:1.6%～2.2%，ω（M n）:0.5%～0.9%，ω（C r）:0.3%～0.5%，ω（C u）：0.8%～1.2%，ω（P）<0.1%，ω（S）<0.1%.

（2）机械性能：σb为 245MPa～294 MPa，桃尖≥47.5 H R C，桃尖两侧≥38.5 H R C，基体197 H B～241 H B.

（3）激冷层厚度：桃尖≥7mm～9mm，桃尖两侧≥4mm～5mm.

4）试验结果

（1）化学成分 ω（C）=3.19%，ω（S i）=1.75%，ω（M n）=0.79%，ω（C r）=0.45%，ω（C u）=0.8%，ω（S）=0.021%，ω（P）=0.06%.

（2）σb=296MPa， 基 体 220H B， 桃 尖 ≥47.5 H R C，桃尖两侧≥38.5 H R C.

（3）激冷层厚度，待查。

（4）切片检查铸件各部位无缺陷，组织致密；除桃尖及其侧面激冷层部位外其他机加工无白口组织。

5）轴出现弯曲现象，此现象由无固定架所致，与工艺成败无关。良好的固定会使凸轮轴保持直线度。

图3 消失模生产工艺

4 结论

1）用消失模负压工艺进行冷激合金铸铁凸轮轴生产是完全可行的；各项指标符合标准要求。

2）实现了一箱多铸，可大大提高劳动生产率，同时浇注周期的缩短为质量的提升和稳定带来了保障。

3）负压工艺环保，劳动强度低，将铸造生产的男工产业转变为女工为主的产业，可大大提高其社会效益。

4）无分型面及尽无余量的工艺大大简化了生产环节，节省了劳动力及机加成本，降低了生产成本；增强了铸件的商品化竞争力。

5）对于生产其他产品不需要专门的砂箱配置，可灵活机动的配置生产，提高设备的利用率。

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