輪邊減速器殼制芯工藝開發(fā)

劉天平，王愛麗，王健

（河南省湯陰縣華興機(jī)械制造有限公司，河南湯陰456174）

·鑄造工藝·

輪邊減速器殼制芯工藝開發(fā)

劉天平，王愛麗，王健

（河南省湯陰縣華興機(jī)械制造有限公司，河南湯陰456174）

輪邊減速器殼為帶法蘭筒狀結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是高徑比大、壁薄，制芯工藝設(shè)計(jì)難度較大。本文根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、鑄造工藝要求和產(chǎn)品生產(chǎn)批量，開發(fā)了制芯鑲嵌冷鐵和中抽空相結(jié)合的冷制芯工藝，研制出輪邊減速器殼專用冷芯機(jī)，實(shí)現(xiàn)了制芯機(jī)械化，解決了靜壓鑄造生產(chǎn)線砂系統(tǒng)不平衡問題，滿足了大批量生產(chǎn)的要求。

輪邊減速器殼；帶法蘭筒狀鑄件；手工制芯；熱芯盒制芯；冷芯盒制芯

輪邊減速器殼是載重汽車底盤的重要保安零件之一，對(duì)其機(jī)械性能和使用性能要求較高。該產(chǎn)品為帶法蘭筒狀結(jié)構(gòu)，材質(zhì)要求QT500-7，單件質(zhì)量約35 kg～50 kg、其法蘭盤外徑約φ300 mm、殼體內(nèi)徑約φ260 mm、高度約300 mm左右，壁厚10 mm～ 12.5 mm，且壁厚不均，熱節(jié)集中于法蘭根部和底根部，呈大分散、小集中狀，屬高強(qiáng)韌球墨鑄鐵中等薄壁件產(chǎn)品，如圖1所示。

圖1 中等薄壁件產(chǎn)品

1 產(chǎn)品工藝介紹

根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品質(zhì)量要求的不同，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝是不同的。該輪邊減速器殼現(xiàn)行生產(chǎn)工藝方法有下芯和不下芯生產(chǎn)工藝，或者派生出一種半下芯生產(chǎn)工藝。不下芯工藝有黏土砂自帶砂胎、鐵膜覆砂、殼型殼芯；半下芯工藝是指黏土砂自帶砂胎加芯（芯的種類比較多）工藝；下芯生產(chǎn)工藝有手工制芯或手工制芯并人工挖空、熱芯盒制芯并人工挖空，以上工藝不同地區(qū)均有采用。

湯陰縣華興機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)輪邊減速器殼，提供樣品及小批量生產(chǎn)時(shí)，采用了簡單機(jī)械黏土砂造型配以手工呋喃自硬樹脂砂芯的工藝，批量生產(chǎn)時(shí)采用了Z148造型生產(chǎn)線造型配以手工呋喃自硬挖空砂芯的工藝，鑄造工藝特點(diǎn)在于上壓邊澆注系統(tǒng)和芯底帶冷鐵相結(jié)合保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量。

2 工藝對(duì)比分析

隨著長時(shí)間生產(chǎn)造成造型線砂系統(tǒng)的不平衡、由于呋喃樹脂砂芯混入造成型砂質(zhì)量的惡化，產(chǎn)品質(zhì)量下降、廢品率偏高。加上產(chǎn)品工藝的確定和市場需求的增加，生產(chǎn)難以滿足市場需求，造成嚴(yán)重的供需矛盾。

針對(duì)以上問題，解決的方法有多種，綜合多種因素，經(jīng)對(duì)比分析，公司決定從制芯工藝著手，以制芯機(jī)械化、輕量化為技術(shù)改進(jìn)目標(biāo)，進(jìn)行了一系列設(shè)計(jì)開發(fā)工作。公司根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)，先后嘗試過熱芯盒殼芯工藝、芯嵌冷鐵熱芯盒殼芯工藝、冷芯盒制芯工藝、芯嵌冷鐵冷芯盒制芯工藝、芯嵌冷鐵加中抽空冷芯盒制芯工藝，同時(shí)充分考慮生產(chǎn)模式、工藝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，最終試驗(yàn)成功并確定為芯嵌冷鐵加中抽空冷芯盒制芯工藝，同時(shí)開發(fā)出了輪邊減速器殼專用制芯裝置。

3 制芯工藝

針對(duì)該輪邊減速器殼產(chǎn)品，砂芯的設(shè)計(jì)是同模具造型外形設(shè)計(jì)保證鑄造工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量密不可分的一部分。

3.1 手工呋喃自硬砂芯嵌冷鐵挖空制芯工藝

樣品試制階段，為及時(shí)迅速、小投入開發(fā)拿出樣品，設(shè)計(jì)為手工呋喃自硬砂制芯工藝。隨著試制經(jīng)驗(yàn)的積累、樣品試制過程中一些問題的解決，在小批量生產(chǎn)時(shí)改為手工呋喃自硬砂芯嵌冷鐵挖空制芯工藝（圖2所示），解決了產(chǎn)品局部縮孔縮松、芯砂用量大、由于芯子重引起的人工下芯平衡難以把握等問題。

圖2 挖空制芯工藝

3.2 芯嵌冷鐵熱芯盒殼芯工藝

隨著市場的認(rèn)可，該輪邊減速器殼隨即進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段。原來的手工呋喃自硬砂芯嵌冷鐵挖空制芯工藝由于效率低下、砂芯緊實(shí)度不高、人工挖空壁厚不易控制（圖2所示）、砂芯表面質(zhì)量光潔度低等原因同造型生產(chǎn)出現(xiàn)不匹配的問題。針對(duì)這些問題，公司制芯嘗試采用熱芯盒殼芯工藝，選用Z9407型制芯機(jī)、酚醛樹脂覆膜砂，機(jī)械翻轉(zhuǎn)倒空成殼制芯。在試制過程中，主要圍繞兩方面展開工作，一個(gè)是為了保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量，保持鑄造工藝不變，該殼芯要求鑲嵌冷鐵；另一個(gè)是確定覆膜砂的性能并做經(jīng)濟(jì)性分析。

3.2.1 鑲嵌冷鐵試驗(yàn)

保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量，保持鑄造工藝不變，該殼芯要求鑲嵌冷鐵。問題是射入模具型腔的覆膜砂受傳導(dǎo)熱固化，預(yù)置在模具型腔的冷鐵若要嵌固在固化的殼芯中，冷鐵必須經(jīng)過加熱才能夠?qū)崿F(xiàn)。因此冷鐵的加熱方式、加熱溫度的確定與控制要同模具的加熱溫度相適應(yīng)，還要考慮夾持放置冷鐵時(shí)的溫度下降帶來的影響。實(shí)驗(yàn)過程中，冷鐵的加熱溫度偏低時(shí)，包覆冷鐵周圍的覆膜砂固化慢，翻轉(zhuǎn)制殼時(shí)冷鐵會(huì)掉出模具，造成制芯失??；冷鐵的加熱溫度偏高時(shí)，包覆冷鐵周圍的覆膜砂固化快并被冷鐵灼熱過燒，翻轉(zhuǎn)制殼時(shí)冷鐵同樣會(huì)掉出模具；反復(fù)多次的試驗(yàn)得出：只有將冷鐵的加熱溫度控制在合適的范圍，翻轉(zhuǎn)倒空制芯才會(huì)成功。

3.2.2 覆膜砂材料經(jīng)濟(jì)性分析

該產(chǎn)品熱芯盒殼芯工藝制芯，一次射砂約在18 L，屬于中等偏大熱芯盒砂芯。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該砂芯成型一次射砂約18 L，翻轉(zhuǎn)倒空倒出未固化的覆膜砂約12 L，約有2/3的砂子在參與物料的流轉(zhuǎn)，浪費(fèi)了人力和物力；更進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)，未固化的參與流轉(zhuǎn)的砂子隨著后續(xù)的流轉(zhuǎn)，其覆膜砂性能會(huì)顯著下降，砂芯倒空后分成內(nèi)外兩層，內(nèi)層呈濕粘狀，加上該砂芯為典型的圓、直狀，沒有凹臺(tái)或筋板的牽連，在翻轉(zhuǎn)和重力下，沿固化的外壁慢慢脫落，造成殼芯報(bào)廢（圖3所示）。經(jīng)同覆膜砂廠家共同探究其原因是由于隨著一次次的參與射砂、固化，流轉(zhuǎn)的覆膜砂中樹脂等成分減少造成的，解決問題一個(gè)辦法是未固化的參與流轉(zhuǎn)的砂子占到一定比例后，收集并運(yùn)至覆膜砂廠家再生，由于占比例太大，此方案難以維系；另一辦法就是調(diào)整覆膜砂成分與性能，顯著提高新覆膜砂的性能，降低參與流轉(zhuǎn)性能下降覆膜砂的比例，但這樣以來覆膜砂的成本大大提高。通過工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，工藝成本超出接受能力，芯嵌冷鐵熱芯盒殼芯工藝沒能推廣應(yīng)用開來。

圖3 殼芯報(bào)廢

3.3 芯嵌冷鐵加中抽空冷芯盒制芯工藝

芯嵌冷鐵熱芯盒殼芯工藝推廣應(yīng)用難點(diǎn)在于：芯嵌冷鐵的加熱溫度不易把握、翻轉(zhuǎn)制殼成型率偏低，覆膜砂的成本太高難以接受，另外熱芯盒工作時(shí)溫度一般≥220℃，人工操作存在不便、熱芯盒模具由于設(shè)計(jì)有加熱部分，體積較大，帶來生產(chǎn)中諸多不便。

該輪邊減速器殼砂芯結(jié)構(gòu)還是比較簡單的，正因?yàn)榇?，提出冷芯盒制芯工藝時(shí)有認(rèn)為不太合適且投入較大。結(jié)合以上的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，經(jīng)考察調(diào)研，決定嘗試該工藝。沿襲保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量，保持鑄造工藝不變，砂芯鑲嵌冷鐵的要求，該工藝選用自行設(shè)計(jì)的ZH9407H型（非標(biāo)）制芯機(jī)、圣泉冷芯盒樹脂，吹三乙胺氣硬化。該工藝顯著特點(diǎn)在于芯嵌冷鐵加中抽空成殼。

3.3.1 芯嵌冷鐵

冷芯盒制芯工藝相比熱芯盒制芯工藝，沒有了冷鐵加熱的工部，同時(shí)模具在常溫下工作，下模添設(shè)有薄片狀磁鐵，起到固定冷鐵的作用，設(shè)置冷鐵操作方便，合模時(shí)冷鐵不會(huì)偏移，利于鑄件凝固時(shí)的補(bǔ)縮。經(jīng)試驗(yàn)，采用冷芯盒制芯工藝，對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量，在砂芯中設(shè)置冷鐵是能夠滿足工藝要求的。

3.3.2 中抽空冷芯盒制芯工藝

以上提到，該產(chǎn)品制芯機(jī)械化、輕量化是保證產(chǎn)品質(zhì)量和平衡生產(chǎn)砂系統(tǒng)的主要措施。由熱芯盒制芯工藝機(jī)械翻轉(zhuǎn)制殼未成功得出啟示，經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的得到殼芯可在模具設(shè)計(jì)上，依靠機(jī)械抽空實(shí)現(xiàn)。由于冷芯盒制芯工藝的明顯特點(diǎn)，通過模具設(shè)計(jì)和改進(jìn)ZH9407H制芯機(jī)，試驗(yàn)成功中抽空冷芯盒制芯工藝（圖4所示），該工藝制作的殼芯比前兩種工藝重量輕約30%，并且尺寸穩(wěn)定，壁厚均勻，砂芯光潔度顯著提高。同時(shí)幾經(jīng)改進(jìn)，開發(fā)出輪邊減速器殼專用制芯裝置（圖5所示），切實(shí)做到了該產(chǎn)品制芯機(jī)械化，實(shí)現(xiàn)了既定的技術(shù)改造目標(biāo)。

3.3.3 輪邊減速器殼專用制芯裝置

冷芯盒制芯工藝，尤其中間帶抽空，內(nèi)外大面積接觸的冷芯盒制芯工藝，其開模和抽模力比起熱芯盒要提高30%～50%，因此為了提高合模力、開模力和中抽模的力量，由原來的氣動(dòng)改為液壓設(shè)計(jì)（圖5所示）；為了提高機(jī)器整體結(jié)構(gòu)的剛性，由原來的“U”形立柱改進(jìn)為框柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖6所示）。另外針對(duì)該產(chǎn)品殼芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了獨(dú)特的上抽空機(jī)構(gòu)（圖7所示）和吹砂機(jī)構(gòu)（圖略）滿足了吹砂成型、抽空制殼的需求。制出的砂芯如圖8所示。

圖4 中抽空冷芯盒制芯工藝

圖5 輪邊減速器殼專用制芯裝置圖

6 框柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖7 上抽空機(jī)構(gòu)

圖8 砂芯

4 結(jié)論

從根據(jù)實(shí)際需求出發(fā)，充分考慮鑄造工藝需求和產(chǎn)品生產(chǎn)批量，幾經(jīng)試驗(yàn)開發(fā)出該冷芯盒制芯工藝制芯裝置，滿足了鑲嵌冷鐵的鑄造工藝要求，易于保證中抽空芯子的結(jié)構(gòu)和尺寸精度，改善了作業(yè)條件，提高了生產(chǎn)效率，顯著降低了生產(chǎn)成本。

1）目前，輪邊減速器殼及類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，在我國鑄造企業(yè)使用手工造型的方法非常普遍，造型機(jī)械化程度偏低。輪邊減速器殼專用制芯裝置的采用使用，很大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)效率，具有顯著的社會(huì)效益；

2）芯嵌冷鐵加中抽空冷芯盒制芯工藝和輪邊減速器殼制芯裝置的采用，由于鑲嵌冷鐵：保證鑄件內(nèi)在質(zhì)量，同澆注系統(tǒng)一道，解決縮孔縮松、材料致密度低的問題；由于有中抽空：充分節(jié)約制芯用材料，降低成本；同時(shí)方便下芯和芯子的搬卸運(yùn)輸，一舉多得。其使鑄件的廢品率由原來的15%降低到現(xiàn)在不超4%；工人的勞動(dòng)環(huán)境有了大幅度的改善，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益；

3）該裝置操控方便，符合國家以人為本的綠色作業(yè)環(huán)境，有效改善工人的生產(chǎn)條件和作業(yè)條件，深受車間和工人的歡迎，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值；

4）該制芯裝置同靜壓鑄造生產(chǎn)線匹配，由于制芯實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，生產(chǎn)效率顯著提高；實(shí)現(xiàn)了輕量化，有效平衡了鑄造生產(chǎn)工部配置矛盾，針對(duì)性解決了其制芯機(jī)械化實(shí)現(xiàn)困難、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低的問題。顯著降低了生產(chǎn)線管理成本和協(xié)調(diào)難度。

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Development of Core-making Process for Production of Wheelhub Reductor

LIU Tian-ping，WANG Ai-li，WANG Jian
（Henan Huaxing Machinery co.，Ltd，Tangyin Henan 456174，China）

The Wheelhub reductor is barrel-like and with flange in design.It have characteristics of large ratio of height and diameter，thin wall and difficulty in the design of core-making process.Through considering the structure features，the requirement of the casting process and the production lot，the cold box core-making process of inlaid chill together with center evacuating was developed，the special cold-box core making machine for the Wheelhub reductor shell was prepared，which realized the mechanization of core-making，solved the unbalance problem of sand system in the static-pressure casting production line，met the requirements of mass production.

wheelhub reductor，barrel-like structure with flange，handcrafted core-making，hot box core-making，cold box coremaking

TG242.7

A

1674-6694（2010）06-0018-03

2010-11-17

劉天平（1976-），男，河南湯陰縣人，工學(xué)學(xué)士，工程師。