汽车冲压模具铸造工艺探究

常新 刘利

沈阳来金汽车零部件有限公司

汽车冲压模具铸造工艺探究

常新 刘利

沈阳来金汽车零部件有限公司

随着工业技术的发展，铸大型铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。铸造技术的发展也很迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、陶瓷铸造、连续铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化本文重点就汽车冲压模具铸造工艺进行了研究和分析。

汽车冲压模具 铸造工艺 大型铸件

铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造是常用的制造方法，制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造中占有很大的比重，如机床占60～80%，汽车占25%，拖拉机占50～60%。由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速。

一、软件设计模具的流程分析

开始设计师需要建一个设计模型，就是模具中具有的制造的产品的原型，需要在该软件的零件模块中间进行三维的造型设立，正常经过拉伸、切除、拔模、圆角等特征方法来进行创立和建立。这时，文件的类型应该选制造一模具型腔，然后，我们的子类型选模具型腔。我们就把它装配到模具模型中，这样就使得它成为了参照模型了。最后，在其中加上设计好的工件，或者我们用软件提供的工具自动在其中创立，在没办法完成工件创建情况下，原始的手工绘制的办法就可以使用了，这样也可以得到需要的工件，这里的工件是毛坯。自然状态下，压力和温度会发生改变，铸件从模具中拿出来就会发生收缩等现象，所以，为了补偿其中由于压力温度带来的偏差，用软件中拥有的收缩率功能。设计者经过设定恰当的收缩率就能够得到方法参考模型，这样能够获得正确尺寸的铸造物件。模版中用来分割参照模型的曲面通常叫做分型面，它的设计将会直接影响到最后成型的零件的尺寸，表面的质量。使用上面提到的分型面，我们把工件分成型腔、型芯体积块三部分。正常情况下，运用软件分割菜单下面的两个体积块命令，将其分成很多个体积快，即拆模。这个不是元件，它是无质量的、三维的封闭曲面组。人们经过向体积块中间加入实体的材料，让它变成实际的元件，这个过程就是抽取模具元件的过程。完成之后，就成为了功能强大的Pro/EnGineer零件，把它调用或者装换到其他的软件中进行数控加工即可。

二、实验方案及过程

（一）实验产品选择

选择重3t左右拉延序模具，汽车模具铸件采用泡沫实型铸造，在泡沫实型制作阶段将两部分制作为一体。凸模型面为QT600材质，模座为HT300材质。在浇注过程中浇注顺序为先浇注球墨铸铁部分再浇注灰铸铁部分，由于充型速度过快，为了防止球墨铸铁铁液在浇注过程中，铁液在惯性作用下充型至灰铸铁部位，造成材质混合，故将其浇注系统设计为开放式浇注系统，同时采用底侧注浇注方式保证铁液充型平稳，浇注系统比例为直浇道：横浇道：内浇道=1：(1.5-2)：(2-3)。为了防止在浇注灰铸铁时，由于充型力及其重力落差对已浇注的球墨铸铁部分造成冲击，导致球墨铸铁部分发生混乱，故将灰铸铁内浇道设置在灰铸铁和球墨铸铁的交界处，减少内浇道的充型落差。同时为了保证铁液充型平稳比例为直浇道：横浇道：内浇道=l：(1.5～2)：(2-3)。在造型阶段，两个浇注系统独立分开，防止发生混合，两个浇注系统分别设置独立的浇口杯并做好标记，防止熔炼浇注时发生错误。

（二）熔炼浇注工艺设计

利用UG软件绘制出浇注系统，精确计算球墨铸铁及灰铸铁部分所需铁液量，在计算时铁液量除了包含铸件自身重量还应包含对应的浇道重量，经计算，此次试验计算得出球墨铸铁部分需铁液，灰铸铁部分需铁液1.5t。因硫是一种反球化元素，它与镁、稀土等球化元素有很强的亲合力，硫的存在会大量消耗铁液中的球化元素，形成镁和稀土的硫化物，引起夹渣、气孔等铸造缺陷，故在球墨铸铁中硫含量一般要求小于0.02%。在灰铸铁中硫元素会与锰元素结合形成MnS或者(FeMn)化合物，可作为石墨化的非自发晶核，有利于提高灰铸铁的孕育效果，故在灰铸铁成分中硫含量一般控制在0.05%-0.1%。但本次双材质生产为了防止灰铸铁材质在浇注完毕后和已浇注的球墨铸铁材质发生球化反应，生产时其灰铸铁硫含量必须控制在0.02%以下。

（三）浇注温度要求

考虑泡沫气化吸热等因素，球墨铸铁材质浇注温度设定在1400-1420℃，灰铸铁浇注温度设定在1380-1400℃，浇包必须进行预热处理，且预热时间不易过长，防止浇包温度过高造成浇注温度过高，所以预热时间设定在8min左右；球墨铸铁铁液降温到1200-1250℃时呈糊状，流动能力差，此温度既不会使铁液产生冷隔，又能减小铁液流动混合量。结合热力学原理由铸件降温曲线得出，浇注初期每吨球墨铸铁铁液在砂箱内的降温约为10℃／min，通过实际测量球墨铸铁浇注温度为1405℃，所以设定浇注球墨铸铁铁液17min后浇注灰铸铁铁液。在球墨铸铁部分浇注完成后，需用砂子将直浇道堵塞，防止在浇注灰铸铁铁液后，由于压力原因造成球铁铁液流动。

三、结语

汽车工业的发展为汽车模具业的发展提供了极大的市场机遇，据有关资料显示，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，汽车模具在整个模具产业中占有50%左右的份额。而在我国，仅有三分之一左右的模具产品服务于汽车制造业。因此，汽车模具市场有相当大的发展空间，而汽车覆盖件模具是整个汽车模具的重要组成部分，也是技术最密集、加工难度最大的部分。汽车用拉延序冲压模具采用球墨铸铁与灰铸铁双材质生产，主要控制s含量在0.02%以下，设计浇注系统时控制灰铸铁铁液充型力，减少两种液体的混合量等因素，解决了模具全部使用球墨铸铁材质造成材料成本浪费及凸模与模座分体制造后期需要加工装配的模具设计难题。通过该技术可进一步降低模具制造成本和工期。