制动毂铁型覆砂铸造工艺设计

马益诚

   制动毂是毂式刹车系统的一部分，刹车时活塞对两对半月型的刹车蹄片施加压力，使其贴紧毂室内壁，从而产生摩擦来停止车轮的旋转。制动毂应有一定的强度和刚度，并且有良好的散热性能。表面不允许有 粘砂，内部不允许有气孔、缩孔、缩松等缺陷，以达到一定的使用寿命。以往采用普通砂型铸造生产时，夹砂、胀砂、气孔、缩孔、缩松等多种铸造缺陷难以解决，产品合格率只有70%左右，致使生产成本居高不下。采用铁型覆砂铸造技术铸造制动毂既能获得优异的铸件质量，又能实现节材、节能、降低生产成本。

1铁型覆砂铸造工艺及设计

1.1铸件的技术要求

  制动毂铸件轮廓**尺寸为ф485 mm，高为305 mm,重约80 kg，材质为HT250, 化学成分（质量分数）：3.2%〜3.6% C，1.9%〜2.4% Si，0.6%〜0.8% Mn，≤0.25% P，≤0.12% S, 0.2%〜 0.5% Cr。基体组织主要为密条状珠光体，数量大于95%,无莱氏体，只在富集区有自由的铁素体，均匀分布的磷化物三元共晶体，不允许存在网状渗碳体。石墨类型主要为A级，形态为长片状，长度等级为4〜5 级，数量大于90%。A级石墨起到散热、增加摩擦性能、减低刹车噪音的作用。力学性能为本体取样，抗拉强度芬220MPa,硬度HB 190〜230。

1.2铁型覆砂铸造原理

  该项技术的基本原理是：利用铸型（铁型）具有足够刚度的条件，通过将铁型的重量、壁厚与覆砂层 厚度相互配合设计，使铸件的凝固过程得以在一个比较合理的状态下完成。充分利用了自身的石墨化膨胀来进行自补缩，实现均衡凝固，获得内在组织致密的铸件。该项技术与普通砂型铸造的主要区别有：采用覆膜砂成型，循环生产，消除了气候的影响，解决了气孔和夹砂缺陷，提高了铸件的尺寸精度和表面光洁度；铸型刚度好，解决了胀砂、缩孔、缩松等缺陷； 浇注系统只起液态补缩的作用，可实现无冒口铸造。

1.3铸造工艺的设计

制动毂铸件单重为80 kg,**壁厚35 mm,最小壁 厚16 mm,平均壁厚约为25 根据均衡凝固原则,确定从上法兰面进铁液，选用顶注方式，分型面选在底部平面，曲面分型。根据造型机及生产线尺寸实际， 选用一型一件。浇注系统采用半封闭式结构，组元的断面比例为1.2:1.6:1。浇注系统设计中, 选用较大的横浇道截而积，使铁液中的夹渣物有充分的上浮空间，起到很好的挡渣作用，同时亦满足了铸件必要的液态补缩；较小的内浇道设计，可使其在铁液石墨化膨胀开始前封闭，防止铁液回流，充分利用自补缩此外，由于铸件较大，采取四条内浇道同时引人，可使铁液快速充满型腔。内浇道进人位置在上部4等分均分，铸件的冷却速度同铁型的壁厚有很大的关系， 在覆砂层厚度不变的前提下，铁型越厚，冷速越快； 反之亦然。在本案中，为实现铸件的均衡凝固，铁型壁厚选择为25~40mm,铁型材质为HT200灰铸铁，覆砂层厚度选用6~10 mm。

2凝固模拟分析

2.1浇注系统的模拟分析

                          图1浇注系统冷却曲线图

铁型覆砂铸造能实现无冒口铸造，要求在完成对铸件的液态补缩后及时封闭内浇口，然后利用石墨化膨胀实现自补缩所以，内浇口必须在铸件凝固之前凝固。在内浇道C1处、横浇道C2处、直浇道C6处上 设置三个热电偶.测量三处的冷却曲线，如图1所示通过对冷却曲线的分析，准确得出各处的冷却时间. 从而掌握浇道各处的冷却顺序，冷却曲线如图1所示

图1中Cl为内浇道曲线，C2为横浇道曲线，C6为 直浇道曲线设铸件的固相线温度1 162°c,从阁中可 以看出，从浇注开始，当铁液冷却到1162 °C,内浇口 C1处开始封闭时经过的时间约为130 s;经过结晶平台后，温度开始下降时，内浇口完全封闭时，经过的时间约为210s:按照固相达30%时，内浇口停止补缩的理论，内浇口实际补缩时间约为150 s横浇道C2处从 浇注到开始封闭时经过的时间约为210 S,比内浇口实 际封闭时间晚了约60s,宣浇道C6处铁液冷却到1 162 °C时经过530 S;从以L的凝固时间可以看出，浇道的冷却顺序，符合设计要求

2.2铸件的凝固分析铸件的冷却曲线如图2所示。为分析方便，把内浇口处的曲线C1也仍然显示在图中C3为铸件上部曲线 ，C4为铸件中部曲线，C5为铸件底部曲线从图中可知，铸件开始凝同的时间分别为220 s、250 s、 300 ^铸件基本上符合同时凝间原则铁液是从铸件薄壁处进人，内浇口在铸件凝间前完成封闭，铸件完全依靠石墨化膨胀来自补缩，做到了无冒口铸造。

2.3缩孔、缩松分析

铸件缩孔、缩松模拟结果的剖面如图7所示，根据 铸件的凝固模拟分析，从缩孔、缩松模拟结果来看， 效果很好。铸件并没有增加冒口，整体上也没有出现缩孔、缩松，缩孔、缩松的位置全在浇注系统上，铸出的铸件完全合乎要求。

3生产验证

实际生产中，熔化设备为2 t中频电炉。出炉温度为1 480~1 520 °C，浇注温度为1 350〜1420°C。由于铁型覆砂铸造中，铁液的冷却速度比普通砂型铸造快3倍 左右，因此，金相组织致密度高，力学性能好。结 表明，铁型覆砂铸造工艺生产出的制动毂铸件表面光洁、尺寸准确、内部组织致密，与普通砂型铸造相比, 可节约生产成本35%，节约能源30%,显示出良好的经济效益和竞争优势，见表1。该项技术结合专用的铁型覆砂铸造制动毂生产线，已经在全国十多家厂家应用， 取得了良好的经济效益和社会效益。

表1铁型覆砂铸造与砂型铸造应用效果对比

4结束语

制定铸造工艺过程中，利用凝固模拟软件进行工艺优化设计，确保了铸造工艺的一次性成功，缩短了产品试制周期。采用铁型覆砂铸造的制动毂铸件各项性能指标均优于砂型铸造，提高了企业的经济效益和竞争能力。