深孔薄壁汽车零件的先进制造方法

成伟华，柯美元

（顺德职业技术学院，广东 佛山　528333）

深孔薄壁汽车零件的先进制造方法

成伟华，柯美元

（顺德职业技术学院，广东 佛山528333）

在制造汽车平衡块中，通过制定合理的生产工艺参数，以钢代铜，用熔模铸造工艺生产出了合格的汽车用高锰钢平衡块，大大降低了生产成本。通过对焙烧工艺的改进和对传统热处理工艺的改进，解决了壳模烧不透和铸件磁性不合格的问题。

熔模铸造；高锰钢；制壳；热处理

汽车平衡块是汽车上的一个重要零部件，主要用来消除汽车旋转部件的不平衡，该零件表面质量和尺寸精度要求较高，高锰钢成为生产该零件的首选。平衡块零件形状较为简单，外形为光滑弧形，通过熔模铸造完全可以达到技术要求。

熔模铸造工艺特别适合铸造尺寸精度高、表面粗糙度低、形状复杂和壁厚较薄的铸件。熔模铸件的尺寸精度和表面粗糙度可分别达到CT4～CT6级和Ra0.8～1.6μm。铸件最小壁厚可达0.5mm，最小孔径可达1.0mm。

1　设计成分

Mn元素除了能够降低奥氏体的Ms点外，还具有扩大奥氏体区和强烈稳定奥氏体组织的作用。在Fe-Mn系无磁钢中，要在常温下得到稳定的奥氏体组织，锰元素的含量至少要达到质量分数为16%。在高锰钢中，碳也是强烈形成和稳定奥氏体组织的元素。为了降低生产成本，可以通过适当提高碳元素的含量来降低锰元素的含量。在实际生产中，该零件的化学成分如下：Mn=16.0～18.0，C=0.5～1.0，Si=0.2～0.9，P≤0.09，S≤0.08，Fe=余量。

2　制造蜡模

蜡模的制造主要包括蜡件压制、模头压制和组树三道工序。蜡件和模头通过射蜡机进行压制生产，其主要工艺参数为：射蜡压力为3MPa，维持时间为24s；温度为80℃。制造蜡模时，室内温度和湿度分别要求控制在25±2℃和45%～75%。蜡件和模头压制好后，要进行组树。组树时，电铬铁的温度为150℃。将蜡件逐一按28件/串、蜡件间隙10mm左右整齐牢固地焊接在模头流道上，并使蜡件倾斜一定角度，以方便后面脱蜡和浇注时浮渣。

高锰钢冷却时收缩也比较大，散热性能差，但流动性较好，要特别注意补缩。为了加强直浇道的强度，底部设置了一条横向加强筋。在横浇道与浇口杯之间还设置了两条弯曲的加强筋，既帮助横浇道末端排气，也加强浇口杯的强度，另外也方便后面壳模浇注时用钢叉叉住作业。

3　制造壳模

本零件的壳模采用多层型壳。工艺参数如下：所有涂层的液粉比均为3.6：1，撒砂70～80目白刚玉粉；面层和第二层的涂层用830硅溶胶和320目白刚玉粉，詹氏流杯粘度为42～45，干燥4～6h；第三层开始直至最后的封桨层的涂层用1430硅溶胶和莫来石粉，詹氏流杯粘度为16～25，除封桨层需要干燥14h外，其他涂层均干燥8h。

在多层型壳中的金属液与面层涂料直接接触，因此，要求面层致密、坚实、平整、光滑，并且不能与金属液发生化学反应。一般可将蜡模组件在沾浆前，先放入到清洗液中浸泡3～5s，以去除模组表面的油污，然后用气风枪吹干。另外，在硅溶胶与白刚玉粉的浆液中加入0.2%的消泡剂和0.6%的湿润剂，并搅拌均匀。

每层型壳制作好后必须要充分干燥。特别是保证铸件两端处深孔的型芯达到干燥要求，否则就很容易产生气泡、夹砂、浇不足、跑火等缺陷。在实际生产中，可采用增大空气流通速度、加长干燥时间和减少壳模在干燥室的排列密度等措施来解决型壳干燥不充分的问题。

4　熔炼与浇注

该零件采用中频感应炉进行钢水的熔炼，配料为：铝丝为0.12kg，除渣剂为0.98kg，CaSiMn为0.26kg，普通碳素钢边角料为115kg，中锰为13kg，高锰为13kg。钢水的浇注温度为1575～1595℃，熔炼温度为1615～1635℃。

为了保证型壳具有良好的高温强度和烧尽壳模内的残蜡、有机物等物质，使钢水能够快速完全浇足整个型腔，浇注时，必须遵循红壳浇注的原则，也就是要同时保证型壳的焙烧时间不能少于30min和型壳的焙烧温度要不得低于1050℃。浇注完成后，将铸模放入沙车进行空冷，空冷时间为25min。

5　热处理

熔模铸件经过清理工艺之后，将高锰钢加热到950℃以上保温固溶，然后直接水淬，从而将高温下的奥氏体组织保持到室温，也就是我们通常所说的“水韧处理工艺”。但是，该零件采用常规的热处理后会在表面形成一层氧化皮。在实际生产中，一般都是采用抛丸工艺，来进行去除氧化皮的处理。

图1　热处理工艺

为了解决磁性不达标的问题，对传统“水韧处理工艺”进行了改进。首先，将网带式热处理炉分为前后两段，前段为加热段，后段为冷却段。热处理时，将分解氨气氛通入到网带炉中，使铸件在加热和冷却的过程中都受到还原性气氛的保护。其次，在冷却段布置冷却水道对炉体进行冷却，铸件不与冷却水直接接触。改进后的热处理工艺曲线如图1所示。为了提高生产效率，生产中常采用尽可能快的加热和冷却速度。虽然高锰钢的传热性不好，但由于铸件比较细小，快速加热和冷却时，也不会产生裂纹。

6　结语

以高锰钢材质，采用熔模铸造工艺和改进的热处理炉之后，生产出了合格的汽车深孔薄壁铸件产品。产品不仅达到了所要求的表面质量要求和尺寸精度，还满足了无磁性的要求，产品合格率达到了96%以上。与用铜锌合金热锻法生产的深孔薄壁零件相比，采用高锰钢的熔模铸造工艺生产的零件，成本降低了45%～55%，其经济效益非常可观。

［1］孙建昌.高锰钢挖机铸件的生产与质量改进［J］.铸造设备与工艺，2012，8（4）：41-44.

［2］杨芳，丁志敏.耐磨高锰钢的发展现状［J］.机车车辆工艺，2006，（12）：6-9.

［3］王敏，周超梅，姚长贵，等.高猛无磁钢50Mn18Cr4V的研究［J］.热加工工艺，2008，（9）：69-71.

［4］柯美元，陈学锋.高锰钢平衡块的熔模铸造工艺［J］.热加工工艺，2015，11（44）：107-109.

［5］郭敖如.我国熔模精密铸造技术的进展［J］.铸造设备研究，1999，（5）：47-51.

［6］王仲珏，孙萍.高锰钢水韧处理效果控制［J］.热处理，2006，1（26）：59-61.

［7］韩东林.高锰钢铸态水韧处理的实际应用［J］.热加工工艺，1999，（5）：63.

Advanced Manufacturing Methods for Automobile Part with Deep Holes and Thin Wall

CHENG Wei-hua，KEI Mei-yuan
（Shunde Polytechnic College，Foshan，Guangdong 528333，China）

In the manufacture of automobile counterbalance，through setting proper processing parameters and using steel instead of mallet alloy，qualified automobile counter balance of high manganese steel was produced with investment casting process，which has greatly reduced production cost.The problem of shell under roasting and magnetism was solved through improving roasting process and improvement of conventional heat treatment process.

investment casting；high manganese steel；shell making；heat treatment

TH162

A

2095-980X（2016）07-0042-02

2016-06-12

国家重点实验室课题基金项目（项目编号：2013013）

成伟华，湖北通山人，硕士，高级工程师，主要研究方向：汽车运用、汽车机械设备方面研究开发与教学工作。