Процесс литья по газифицируемым моделям главного редуктора задней оси

Использование технологии литья по газифицируемым моделям позволяет отказаться от таких процессов, как изготовление песчаных стержней, разъединение и подгонка, сократить припуск на механическую обработку отливок, повысить качество заготовок и снизить шероховатость поверхности. Основными продуктами на нашем предприятии являются отливки из ковкого чугуна, и сейчас мы в основном используем технологию литья по газифицируемым моделям для изготовления корпуса главной передачи заднего моста.

1. Структурный анализ отливок

Корпус главного редуктора заднего моста является важным компонентом автомобиля, к которому предъявляются высокие требования по точности сборки, обработки и большому количеству обрабатываемых поверхностей с максимальным допуском 1-2 мм. Вес отливки составляет примерно 20 кг на штуку, а габаритные размеры — 400 х 380 х 160 мм. Толщина стенок отливки неравномерна, а толщина стенок самой тонкой части составляет всего 6 мм. Внутренняя структура полости сложна, а отверстие для подачи масла небольшое. Следует обратить внимание на предотвращение образования окалины. В то же время толщина четырёх опорных угловых мест в отливке относительно велика, что является недостатком и может привести к усадке и ослаблению. Трёхмерная схема отливки показана на рисунке 1.

Рисунок 1

2. Технология процесса

2.1 Белый цех

(1) Предварительное вспенивание

Используется прерывистая полуавтоматическая машина для предварительного вспенивания паром. В качестве вспенивающего сырья используется сополимер STMMA-FD2. После предварительного вспенивания плотность гранул составляет от 22 до 23 г/л. После предварительного вспенивания гранулы следует высушить и выдержать не менее 5 часов перед использованием.

(2) Формование пеномодели

Используется многосоставная пресс-форма для полуавтоматического формовочной машины, которая отформовывает данные пеномодели. Внешние условия устанавливаются следующим образом: давление пара — от 0,4 до 0,6 МПа, давление воды — от 0,3 до 0,4 МПа, давление воздуха — от 0,6 до 0,8 МПа, материал загружается вручную. Правильно настройте и установите рабочие параметры и следите за тем, чтобы пеномодель не деформировалась. Полученная пеномодель показана на рисунке 2.

Рисунок 2

(3) Сушка пеномодели

Поместите готовую пеномодель в сушильную камеру для просушки. В сушильной камере используется автоматический контроль температуры и влажности, а основным методом сушки является паровая сушка, а вспомогательным — электрический нагрев. Температура в сушильной камере устанавливается на уровне 45°C, а влажность — ниже 16%. Пеномодель должна находиться в сушильной камере от 2 до 3 дней. Она может быть окрашена только после того, как вес пеномодели останется неизменным, что определяется взвешиванием.

(4) Склеивание и сборка

Обрежьте обломы и неровности на внешней поверхности модели. Используйте малярный скотч, двусторонний скотч и ремонтную пасту для устранения таких дефектов, как выбоины и повреждения. Равномерно нанесите холодный клей и соедините каждый сегмент пеномодели. Если между сегментами есть большие зазоры, плотно прижмите их друг к другу и зафиксируете малярной лентой.

(5) Настройка литниковой системы

Чтобы заливка расплавленного металла не прерывалась во времени и имела определённую скорость заполнения формы, выбирается закрытая литниковая система и метод заливки снизу. Соотношение каждого потока выбирается следующим образом: ∑F_внутренний: ∑F_перекрёстный: ∑F_прямой = 1:1,2:1,4.

Теперь рассчитаем площадь поперечного сечения каждого литникового хода системы по формулам. Конкретный размер и форма литниковой системы выбирается как при заливке обычной песчаной модельи. В соответствии с формой отливки проектируются два внутренних желоба. Согласно формуле гидравлического расчёта, где: G = 50 кг, μ = 0,35, Hp = 600 мм. Согласно результатам расчётов и практическому опыту, размер поперечного сечения внутренней трубы составляет 8×40 мм, поперечной трубы — 40×20 мм, а прямой трубы — 40×40 мм.

При моделировании методом литья по газифицируемым моделям следует придерживаться следующих принципов:

1. Старайтесь лить вертикально или под небольшим углом. Избегайте заливки большого объема металла для обеспечения определенной скорости заполнения форм.

2. Заливку производят с определенной скоростью которая должна обеспечить одинаковую скорость деструкции пеномодели и заполнения металла формы, что при правильно выбранных параметрах предотвращает появление дефектов типа «недолив» и «спаи», связанные с низкой скоростью заливки или прерыванием потока.

3. Положение пеномодели в опоке должно способствовать формовке сухого песка, при этом следует избегать горизонтальных плоскостей и глухих отверстий, направленных горизонтально.

4. Основные обрабатываемые поверхности должны находиться снизу или сбоку, а верхняя поверхность предпочтительно должна быть необрабатываемой.

5. Положение отливки также должно способствовать формированию многослойных отливок и быть удобным для поддержки и перемещения в процессе нанесения покрытия, заполнения сухим песком и уплотнения, чтобы можно было укрепить некоторые части формы для предотвращения деформации.

На основании вышеизложенного общий вид литниковой системы показан на рисунке 3.

Рисунок 3

2.2 Покрасочная зона

Перемешайте антипригарное покрытие в соответствии с имеющейся инструкцией в течение 12 часов. Используется метод окунания, поэтому покрытие следует довести до вязкости по вискозиметру В6 примерно 13 сек.

Нанесите покрытие на собранную белую модель три раза, чтобы убедиться, что каждый слой покрытия полностью высох. Температура в сушильной камере должна быть 50°C, а влажность — ниже 16%. Нанесенный слой покрытия должен сохнуть в сушильной камере в течение одного дня. После высыхания покрытия в течение одного дня подкрасьте белые участки и нанесите более толстый слой покрытия на заливное отверстие и вход для воды. После нанесения покрытия толщина покрытия на пеномодели не должно превышать 1,0 мм, а толщина покрытия в заливном отверстии и на входе для воды составляет от 2 до 3 мм.

После нанесения покрытия на пеномодель ее необходимо оставить на 1 минуту, чтобы покрытие выровнялось, а затем отрегулировать положение и поместить в сушильную камеру для просушки, чтобы предотвратить скопление покрытия на пеномодели. Пеномодель, помещенная в сушильную камеру, показана на рисунке 4.

Рисунок 4

2.3  Литейный цех

(1) Плавка металла

Требования к литейному материалу: ковкий чугун 450-10, а диапазон требований к химическому составу для марок по национальному стандарту представлен в таблице ниже.

Контроль плавки производителем: (печь 2,5 т, 1 т расплавленного чугуна производится для кристаллизации за полчаса)

Основным сырьём является железная стружка с добавлением небольшого количества стальных прутьев и переработанных материалов. Перед выпуском из печи добавляется 7,5 кг ферросилиция. Состав расплавленного чугуна перед выпуском из печи измеряется с помощью анализатора углерода и кремния в расплавленном чугуне. Химический состав углерода и кремния контролируется следующим образом: C3,6~3,7, Si2,6~2,7.

Температура кристаллизации вне печи составляет от 1540 до 1560 ℃. Если температура слишком высокая, это повлияет на эффект кристаллизации расплавленного чугуна. При использовании метода подачи проволоки для кристаллизации на 1 т расплавленного чугуна используется кристаллизованная стальная проволока длиной 42 м, а время кристаллизации составляет около 3 минут. После завершения кристаллизации используйте «метод триангуляции» для проверки эффекта кристаллизации.

Производственная линия оснащена автоматической станцией для предварительного уплотнения придонной песчаной подушки. Когда пеномодель поступает к формовочному столу для установки в форму, придонная песчаная подушка уже на месте и уплотнена. При установке модели следует обратить внимание на положение установки (как показано на рисунке 5 ниже). Из-за конструкции маслоотвода в основном редукционном корпусе при установке в этом положении можно проверить наличие глухих полостей вручную. Если песчаная подушка заполнена не полностью, это приведёт к образованию песчаных раковин после заливки. Песок следует добавлять 2–3 раза, при этом каждая вибрация должна длиться около 40 секунд, и уплотнять слой за слоем, чтобы усилить эффект уплотнения. Литник должен быть приподнят на определённое расстояние над поверхностью песка, чтобы предотвратить дефекты, вызванные попаданием окружающего песка в расплавленный металл во время заливки. В то же время толщина поверхностного слоя песка должна быть определённой, чтобы предотвратить пригорание полиэтиленовой плёнки во время заливки. Обратите внимание на то, что необходимо проткнуть пленку для усиления эффекта выпуска газов.

Эта производственная линия представляет собой двухступенчатую автоматическую линию розлива. Чтобы соответствовать производственным требованиям производителя, в одну опоку помещается 4 кластера весом почти 200 кг, и линия разливает 8 опок в час.

Особое внимание следует уделить отсыпке литника во время формовки полых полостей, так как это тесно связано с поддержанием отрицательного давления и предотвращением эрозии песка во время заливки. Как правило, используются следующие методы:

1. Использование облегченной литниковой системы, изготовленной из бумажной пульпы пропитанной огнеупорными материалами и связующими.

2. Самостоятельное изготовление из неформованных огнеупором литникового хода и заливной чаши.

3. Использование готовых керамических элементов литниковой системы (стояк, чаша).

4. Покрытие пенополистирольной литниковой системы силикатным песком и антипригарным покрытием и т. д.

Рисунок 5

(2) Литьё чугуна

Перед заливкой расплавленного чугуна тщательно удалите шлак. Температура заливки обычно составляет около 1480 ℃. Перед заливкой включите вакуумную систему и контролируйте отрицательное давление в пределах 0,045–0,05 МПа. Из-за одновременной заливки 4 кластеров и 16 заливочных отверстий их количество слишком велико. Если отрицательное давление слишком низкое во время одной заливки, обратите внимание на регулировку и контроль отрицательного давления в каждой опоке. После заливки расплавленного чугуна в ковш откройте все поворотные клапаны в опоке и отрегулируйте вакуум до 0,015–0,02, чтобы поддерживать давление в течение 15 минут.

При заливке обращайте внимание на контроль скорости заливки в общем ритме «медленно — быстро — медленно». Старайтесь максимально ускорить скорость заливки и контролировать ее в течение 20 секунд без обратного разбрызгивания расплавленного чугуна. Для обеспечения эффекта кристаллизации вместе с расплавленным чугуном добавляется 10–20 г модифицируемой присадки. После завершения процесса заливки система управления опоки работает автоматически в течение 1 часа, после чего автоматическая машина для переворачивания ящика переворачивает его и отправляет на станцию очистки для удаления отливки. Как показано на следующем рисунке.

Рисунок 6

3. Заключения

В результате многократных пробных заливок на месте было установлено, что вышеупомянутый технологический процесс в целом соответствует требованиям к литью качественной продукции и может обеспечить высокий процент выхода годной продукции. Однако в результате заливки могут возникать такие дефекты, как газовые поры и холодные спаи. Основными причинами возникновения газовых пор являются плотность пеномодели, степень её высыхания и поддержание отрицательного давления. Что касается холодных затворов, то из-за определённого несоответствия между температурой кристаллизации и температурой разливки для достижения баланса необходимы дальнейшие усовершенствования, и при необходимости следует внести коррективы во весь цикл разливки.

По сравнению с другими распространёнными методами литья, весь процесс литья по газифицируемым моделям состоит из тесно связанных этапов. Если в каком-либо звене есть небольшой дефект, это приведёт к проблемам при отливке. Поэтому для реализации и управления процессом необходима стабильная и ответственная команда руководителей.