汽車轉(zhuǎn)向節(jié)鑄件在DISA線上的開發(fā)生產(chǎn)

陳 凱，萬修根

（江鈴汽車股份有限公司鑄造廠，江西南昌 330001）

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是轉(zhuǎn)向橋上重要零件之一，其作用是傳遞并承受汽車前部載荷，支承并帶動(dòng)前輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)而使汽車轉(zhuǎn)向，能夠使汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向[1]。我廠主要為總公司部分車型提供球鐵材質(zhì)（QT450-12）的轉(zhuǎn)向節(jié)類鑄件，圖1和圖2是比較典型的兩種轉(zhuǎn)向節(jié)。N序列轉(zhuǎn)向節(jié)開發(fā)初期在Z148造型線上生產(chǎn)，因人員、工藝和產(chǎn)能等因素影響，迫使N序列轉(zhuǎn)向節(jié)必須在DISA線上進(jìn)行工藝開發(fā)。

1 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)鑄件的特性與要求

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)屬于安保件，對缺陷、金相組織及力學(xué)性能要求較高，為配合在汽車上所起的作用，轉(zhuǎn)向節(jié)需設(shè)計(jì)成復(fù)雜的形狀，且對形狀、尺寸及位置精度要求較高，而且壁厚不均勻，具體要求如下：

1）鑄件不允許有裂紋、冷隔等影響使用的缺陷，加工基準(zhǔn)凸臺(tái)不允許有凸瘤、漲砂、毛刺。要求鑄件毛刺、披縫高度≤1 mm；

圖2 N系列轉(zhuǎn)向節(jié)

2）機(jī)械性能：本體試棒檢測，抗拉強(qiáng)度σb≥450 N/mm2，屈服強(qiáng)度 σ0.2≥310 N/mm2，延伸率 δ≥12%，本體硬度HB 160～210（本體規(guī)定部位）；

3）金相組織：在鑄件規(guī)定部位截取金相試片，其金相組織球化等級(jí)不低于3級(jí)；

4）鑄件加工后進(jìn)行熒光滲透探傷。

2 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)在DISA線上的工藝方案

為了提高生產(chǎn)效率，確定N序列轉(zhuǎn)向節(jié)為每型2件的工藝方案（見圖3）；根據(jù)我廠DISA造型線型號(hào)和型板的尺寸，此方案突破了DISA手冊對模板有效面積（模型和澆注系統(tǒng)覆蓋的面積）和型板四周吃砂量的限制，為此采用曲面隨形分型；并根據(jù)N序列轉(zhuǎn)向節(jié)的對稱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模樣擺放為左右轉(zhuǎn)向節(jié)各一件，同時(shí)采用連體砂芯工藝（見圖4），有效地提高了DISA線型板面積和砂芯覆膜砂的利用率；澆注系統(tǒng)采取頂注半封閉式，即先封閉后開放，先封閉有利于擋渣，后開放有利于補(bǔ)縮，同時(shí)減少了澆冒系統(tǒng)占型板的面積。

圖3 DISA線汽車轉(zhuǎn)向節(jié)型板布置圖

圖4 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)連體芯工藝方案

3 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)在DISA線上生產(chǎn)存在的問題及解決對策

從汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求的特殊性分析，此類鑄件并不合適垂直分型生產(chǎn)，所以開發(fā)初期存在著一些質(zhì)量問題。

3.1 轉(zhuǎn)向節(jié)擺臂變形

DISA線是無箱擠壓造型線，砂胎在鐵水澆注過程中會(huì)受到較大的熱膨脹而開裂，同時(shí)該轉(zhuǎn)向節(jié)在DISA線上的鐵砂比較大且型板四周吃砂量又過小，受澆注過程中的熱膨脹和冷卻過程中的熱收縮影響，獨(dú)立于鑄件本體外側(cè)的擺臂極易變形，加工時(shí)因變形而導(dǎo)致擺臂凸臺(tái)兩側(cè)加工余量不均勻，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)加工不光的情況。

解決方案：擺臂處增加框架拉筋，將擺臂與鑄件本體部分連接成一個(gè)整體（見圖5），避免了擺臂單獨(dú)受到熱膨脹和熱收縮而變形。

3.2 減震器孔加工后存在縮孔缺陷

圖5 擺臂拉筋

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)在垂直造型線生產(chǎn)的縮孔傾向比水平造型線縮孔傾向大，且一些獨(dú)立熱節(jié)處無法用常規(guī)工藝手段解決，開發(fā)初期該轉(zhuǎn)向節(jié)減震器加工鉆孔后縮孔缺陷比例高達(dá)25%，縮孔形態(tài)如圖6所示。生產(chǎn)過程中通過調(diào)整鐵水成分、澆注溫度和鑄型硬度等方式均未有效解決。減震器孔形成縮孔的主要原因是該位置存在獨(dú)立的熱結(jié)，且不便設(shè)置冒口，既使設(shè)置也因熱節(jié)過遠(yuǎn)而補(bǔ)縮效果不好[2]。在此情況下，一般在容易產(chǎn)生縮孔的位置放置冷鐵、設(shè)置工藝芯和增加補(bǔ)貼等方式來解決縮孔問題，但這三種方式都會(huì)對生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，同時(shí)增加生產(chǎn)成本和操作工序。

圖6 轉(zhuǎn)向節(jié)減震器縮孔形態(tài)

解決方案：通過在澆道上設(shè)置冒口包，再由冒口包處通過一種薄片式冒口頸對鑄件熱節(jié)處進(jìn)行補(bǔ)縮。薄片式冒口頸可以做成分段式梯形形狀，在有效補(bǔ)縮的前提下，盡可能減薄冒口頸，可以方便去除冒口和減少打磨量（如圖7）.通過改善，該轉(zhuǎn)向節(jié)減震器加工鉆孔后縮孔缺陷被消除。

3.3 夾渣和微小冷隔紋路缺陷

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車關(guān)鍵安保件，該轉(zhuǎn)向節(jié)在加工后需進(jìn)行100%的熒光滲透探傷（采用熒光滲透液，在紫外線照射下通過激發(fā)出的熒光觀察缺陷痕跡的滲透探傷），開發(fā)初期該轉(zhuǎn)向節(jié)熒光滲透探傷不合格率為10%，不合格零件的主要缺陷表象為非加工面的夾渣和微小冷隔紋路，如圖8所示。

圖7 薄片階梯冒口頸對鑄件獨(dú)立熱節(jié)補(bǔ)縮示意圖

圖8 熒光滲透探傷不合格零件

該轉(zhuǎn)向節(jié)采用頂注式澆注方式，通過利用magma鑄造模擬仿真軟件對該工藝進(jìn)行充型流場模擬，發(fā)現(xiàn)澆注過程中鐵液存在流動(dòng)不平穩(wěn)的現(xiàn)象，內(nèi)澆口附近存在垂直渦流，充型后期冷鐵液匯聚到輪轂軸承孔附近，鑄件冷卻后產(chǎn)生夾渣和微小冷隔。

解決方案：將原單邊模板上的內(nèi)澆道平均分配到正反兩個(gè)模板，同時(shí)將內(nèi)澆道與鑄件連接部位的圓角增加，調(diào)整鐵水的充型方向，避免了鐵液的渦流情況；同時(shí)針對輪轂軸承孔附近冷隔情況，采取排冷鐵工藝（見圖9），通過改進(jìn)該轉(zhuǎn)向節(jié)熒光滲透探傷不合格率小于0.2%.

圖9 輪轂軸承孔固定位置排冷鐵

4 結(jié)論

1）針對轉(zhuǎn)向節(jié)縮孔缺陷，摸索出一種薄片階梯式冒口頸的補(bǔ)縮工藝，不僅解決了轉(zhuǎn)向節(jié)的減震器孔縮孔缺陷，而且減輕了鑄件清理的工作量；

2）當(dāng)鐵砂比較大且型板四周吃砂量過小時(shí)，通過增加擺臂拉筋的方式可以解決轉(zhuǎn)向節(jié)擺臂變形的問題；

3）通過調(diào)整內(nèi)澆道位置和尺寸來改變鐵液流向，同時(shí)采用排冷鐵的方式消除了夾渣及冷隔缺陷，提高了轉(zhuǎn)向節(jié)熒光滲透探傷的合格率。