畢業(yè)設(shè)計(jì)--zf前箱蓋鑄造工藝優(yōu)化

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）</p><p>　　學(xué) 院 冶金與材料工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 材料成型及控制工程 </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　班級(jí)學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　二零一一年六月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

3、文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院名稱：冶金與材料工程學(xué)院 專 業(yè)：材料成形與控制工程 </p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 0745561209 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 </p><p&

4、gt;<b>　　摘 要</b></p><p>　　近幾十年來，汽車工業(yè)面臨著越來越嚴(yán)峻的三大問題，即能源、環(huán)保和安全,其中能源問題最為突出。在各種降低油耗的措施中，把實(shí)現(xiàn)汽車輕量化作為首選措施，而鋁合金材料由于其高比強(qiáng)特性在汽車輕量化中獲得廣泛應(yīng)用。本文主要從鑄造工藝方面的改進(jìn)來提高鋁合金鑄件的質(zhì)量，以促進(jìn)鋁合金的使用。</p><p>　　首先，了解ZF前箱

5、蓋的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、明確前箱蓋的材料組成及性能要求。然后熟悉鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及目前的鑄造工藝，并調(diào)查在現(xiàn)有的鑄造工藝下生產(chǎn)的鑄件所產(chǎn)生的缺陷并分析其產(chǎn)生原因。通過調(diào)查分析可知，孔洞缺陷是由于在鋁液充型過程不穩(wěn)定而導(dǎo)致。因此，將原先的頂注式澆注系統(tǒng)改為底注式，以提高鋁液充型的穩(wěn)定性。然后，設(shè)計(jì)出新的鑄造工藝，通過Pro/e軟件做出三維模型，再使用MAGMA軟件模擬其充型與凝固的過程，找出可能出現(xiàn)的缺陷，優(yōu)化工藝方案。根據(jù)改進(jìn)后的工藝對(duì)原有模具進(jìn)行

6、更改來進(jìn)行造型，然后合箱、澆注和鑄件檢驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)可知，采用底注式澆注系統(tǒng)，提高了鋁液的充型穩(wěn)定性，減少吸氣和氧化夾雜的傾向，對(duì)鑄件的缺陷有明顯的改善。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鋁合金；ZF前箱蓋；孔洞缺陷；工藝優(yōu)化</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent decades, the au

7、to industry faces three more and more serious problems, i.e. energy, environment protection and safety, and the energy is the most prominent. In a variety of reducing fuel consumption measures, achieving light weight veh

8、icles is the preferred，and the aluminum alloy, as a high specific strength material, is widely used in auto industry. This paper involves the optimization of casting process developed to improve the quality of aluminum a

9、lloy castings, which promotes the u</p><p>　　First of all, the technology standard of ZF front housing should be known to understand the material composition and performance requirements of the front housing

10、. Then, the structural characteristics of the casting and the current casting process should be cleared to investigate the defects of front housing under the current casting process and analyze the causes of the defects

11、being produced. The results of analysis show that the cavity defect is due to the unstable filling process of the alum</p><p>　　Key words: aluminum alloy; ZF front housing; cavity defect; the casting process

12、 optimization</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2鋁合金在汽車中的應(yīng)用1</p><p><b>　　1.2.1概述

13、1</b></p><p>　　1.2.2國內(nèi)汽車鋁合金應(yīng)用現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.3國外汽車鋁合金應(yīng)用現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.4鋁合金在汽車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景3</p><p>　　1.3鑄造工藝概述4</p><p>　　1.3.1鑄造工藝設(shè)計(jì)概論4</p&

14、gt;<p>　　1.3.2鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容4</p><p>　　1.4 課題介紹6</p><p>　　1.5研究?jī)?nèi)容和目的6</p><p>　　第二章 ZF前箱蓋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)7</p><p><b>　　2.1范圍7</b></p><p><b>　　2

15、.2引用標(biāo)準(zhǔn)7</b></p><p><b>　　2.3技術(shù)要求8</b></p><p>　　2.3.1 產(chǎn)品名稱8</p><p>　　2.3.2 材料8</p><p>　　2.3.3 機(jī)械性能8</p><p><b>　　2.4驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)8</b&

16、gt;</p><p>　　2.4.1 鑄件驗(yàn)收條件8</p><p>　　2.4.2 鑄件尺寸公差10</p><p>　　2.4.3 密封性試驗(yàn)要求10</p><p>　　2.4.4 標(biāo)識(shí)10</p><p>　　2.4.5 加工件驗(yàn)收條件10</p><p>　　第三章ZF前箱

17、蓋結(jié)構(gòu)的工藝性分析12</p><p>　　第四章 ZF前箱蓋原來的鑄造工藝及缺陷的調(diào)查分析13</p><p>　　4.1 ZF前箱蓋原來的鑄造工藝介紹13</p><p>　　4.1.1 工藝方案的確定13</p><p>　　4.1.2 鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇14</p><p>　　4.1.3 砂芯設(shè)

18、計(jì)16</p><p>　　4.1.4澆注系統(tǒng)及冒口16</p><p>　　4.1.5 鋁合金的精煉、細(xì)化及澆注19</p><p>　　4.2 鑄件的缺陷調(diào)查和分析21</p><p>　　4.2.1 鑄件的缺陷調(diào)查21</p><p>　　4.2.2調(diào)查結(jié)果分析24</p><p&

19、gt;　　第五章 ZF前箱蓋的鑄造工藝改進(jìn)25</p><p>　　5.1基本方法25</p><p>　　5.2工藝方案的改進(jìn)25</p><p>　　5.2.1鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)及砂芯設(shè)計(jì)25</p><p>　　5.2.2澆注系統(tǒng)的改進(jìn)25</p><p>　　5.2.3 冒口、冷鐵及出氣孔的設(shè)計(jì)26&

20、lt;/p><p>　　5.3 對(duì)新工藝進(jìn)行模擬、優(yōu)化30</p><p>　　5.3.1 模擬的結(jié)果30</p><p>　　5.3.2 工藝優(yōu)化32</p><p>　　5.4 改進(jìn)后的工藝三維圖32</p><p>　　第六章 實(shí)驗(yàn)與總結(jié)33</p><p>　　6.1 實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)

21、果33</p><p><b>　　6.2 總結(jié)33</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　附 件37</b></p><

22、p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　鋁是有色金屬中最常用的金屬，鋁的世界年產(chǎn)量比所有除鋁以外的有色金屬中產(chǎn)量總和還要多[1]。鋁由于其具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、易于回收等優(yōu)異的性能，在國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防安全等方面發(fā)揮著重要的作用，廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、電力、交

23、通基礎(chǔ)設(shè)施、航空航天、機(jī)械等部門的傳統(tǒng)或新型產(chǎn)品的制造中。</p><p>　　1.2鋁合金在汽車中的應(yīng)用</p><p><b>　　1.2.1概述</b></p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展及人們生活水平的提高，人們對(duì)汽車的需求量不斷增加，這極大促進(jìn)了汽車工業(yè)的發(fā)展。但是目前汽車工業(yè)面臨三大挑戰(zhàn)：能源、環(huán)保、安全。資料表明[2]，世界原油產(chǎn)

24、量的40%消耗于交通車輛的運(yùn)行，并且礦物燃料燃燒放出的二氧化碳中有15%是由汽車尾氣造成的。據(jù)調(diào)查，汽車所用燃料約60%消耗于汽車的自重，整車質(zhì)量減少10%，不但可降低油耗6%～8%，還可使燃燒效率提高5%；而且，每少用1升燃料，不但可以減少2.5kgC02的排放量，同時(shí)氮化物、硫化物等的排放量也會(huì)相應(yīng)減少[3]。因此，減輕汽車重量，意義重大。車輕量化有以下好處[4]：</p><p>　　(1)輕量化有可觀的節(jié)

25、能效果。對(duì)一部汽車來說，使用鋁材減重空間為35%以上，減重節(jié)油的潛力為39%。一般認(rèn)為，汽車質(zhì)量減少3%，油耗可降低1%～3%。</p><p>　　(2)輕量化可減少大氣污染，改善環(huán)境質(zhì)量。汽車重量減輕的同時(shí)，也減少了二氧化碳的排放量。據(jù)美國阿爾考汽車結(jié)構(gòu)件國際組織測(cè)試與評(píng)估，車重減輕50%，二氧化碳排放量減少13%。</p><p>　　(3)輕量化有助于提高車輛行駛的平穩(wěn)性、乘客的舒

26、適性和安全性。美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)指出，如果汽車減重25%，就可使汽車加速到60km/h的時(shí)間由12秒減少到6秒；使用鋁合金車輛可以使震動(dòng)變小，又因?yàn)槭褂娩X合金車體材料在不減少汽車容積的情況下減少自重，因而汽車更加穩(wěn)定，乘客空間變大，在受到?jīng)_擊時(shí)鋁合金能吸收分散更多的能量，因而更加安全和舒適。</p><p>　　(4)輕量化有利于綜合成本的降低使用新型的鋁合金材料制造交通工具，在目前的條件下，成本肯定比使用傳統(tǒng)的鋼鐵材

27、料大，但是從長遠(yuǎn)的和整個(gè)使用過程的綜合成本來看，鋁材肯定有優(yōu)勢(shì)，比如鋁材具備可以回收再利用，易于表面處理，使用壽命長，易于加工等優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　目前，汽車輕量化的實(shí)現(xiàn)主要有兩種途徑：一是優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；二是使用輕量化材料。前者經(jīng)過不斷研究開發(fā)，日趨完善，空間已相對(duì)狹窄。后者隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新材料的不斷涌現(xiàn)，為汽車輕量化開辟了廣闊的空間[5]。</p><p>　　鑄造鋁合

28、金具有優(yōu)良的鑄造性能，鑄造方法也很多，可根據(jù)使用目的、零件形狀、尺寸精度、數(shù)量等各方面的要求和經(jīng)濟(jì)效益，選擇最適宜的合金和鑄造方法。因此鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多。鑄造鋁合金主要用于制造離合器殼體、變速箱殼體、后橋殼、轉(zhuǎn)向器殼體、搖臂蓋、齒輪殼體等殼體類零件，發(fā)動(dòng)機(jī)部件以及保險(xiǎn)杠、車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)框架、轉(zhuǎn)向節(jié)液壓泵總成、殺車鉗、油缸及剎車盤等非發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件[6]。鑄造鋁合金的種類很多，主要有Al-Si系、Al-Cu系、A1-Mg系、Al

29、-Zn系、Al-Li系、Al-Re系等，可根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和工作條件選用。目前，美國、日本、德國是在汽車上采用鋁合金最多的國家，如德國大眾Audi A8、A2，日本的NXS等車身用鋁合金量達(dá)80%。我國汽車除上海桑塔納、一汽奧迪和捷達(dá)(均為引進(jìn)生產(chǎn)線)用鋁合金外，國產(chǎn)以紅旗較多，約80～100kg[7]。表1-1所示為近幾十年來汽車材料組成的變化比例[8]。從表中可以看出像鋼鐵類密度較大的材料在汽車中的比例逐漸減低，而其他諸如鋁合金等的低

30、密度的材料所占比重逐漸增加。</p><p>　　表1-1 汽車材料組成的變化 / %</p><p>　　1.2.2國內(nèi)汽車鋁合金應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　目前，我國汽車生產(chǎn)量繼美國、日本、德國之后，居世界第四位。而在汽車鋁化率方面，我國的技術(shù)還相對(duì)比較落后。我國汽車上鋁材的使用與國外差距很大，平均用鋁量?jī)H為60

31、kg，鋁化率不到5%[9]。</p><p>　　1.2.3國外汽車鋁合金應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　20世紀(jì)末開始，全球各大鋁業(yè)公司與汽車制造商聯(lián)合研究，不斷提高單車用鋁量。1991年歐美轎車上鋁合金的使用量為72.6 kg，2001年鋁合金的使用量達(dá)111.1 kg；日本2000年單車用鋁量為270 kg(31.8%) [10]。與20年前相比，國外汽車質(zhì)量減輕20%～26%，未來汽

32、車不管選用何種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，輕量化、節(jié)能降耗和降低排放污染都是發(fā)展汽車的三項(xiàng)戰(zhàn)略性課題，輕量化是關(guān)鍵[10~11]。世界各國制定出中長遠(yuǎn)轎車減小質(zhì)量的目標(biāo)：歐洲為900kg以下；美國為1000 kg以下[12]。</p><p>　　1.2.4鋁合金在汽車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景</p><p>　　1．鋁合金在汽車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[13]：</p><p>　　(1)汽車輕

33、量化，節(jié)能降耗，有利環(huán)保。 </p><p>　　(2)汽車鋁合金零部件回收再利用率高。鋁合金熔點(diǎn)低，便于重熔回收，目前回收率不低于90%。</p><p>　　(3)安全舒適。鋁合金汽車是在不降低汽車容量的情況下減輕汽車自重，車身重心減低，汽車行駛更穩(wěn)定、舒適。由于鋁合金汽車輕便，質(zhì)量小，故碰撞時(shí)的能量相對(duì)鋼體汽車小了許多。此外，由于鋁合金材料性能及車身構(gòu)造，能充分吸收撞擊時(shí)的能量，故而

34、更加安全。</p><p>　　(4)減少工序，提高裝配效率。鋁合金汽車整體構(gòu)架，焊點(diǎn)少，減少了加工工序，鋁合金整體車身比鋼鐵焊接車身約輕35%，且無需防銹處理，只有25%~35%的部件需點(diǎn)焊，因而可大幅度提高汽車的裝配效率。</p><p>　　(5)提高燃油效率，加大載重能力。鋁合金在汽車上的應(yīng)用可大大降低車身重量，相同的燃油，鋁合金汽車比普通鋼體汽車行駛的路程要遠(yuǎn)，提高了燃油效率。此

35、外，減重的同時(shí)等于提高了汽車的載重量，可增大汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。</p><p>　　2．鋁合金在汽車上的應(yīng)用前景：</p><p>　　由上述國內(nèi)外鋁合金在汽車上應(yīng)用的現(xiàn)狀可以看出我國與國外的差距很大，我國汽車材料鋁化僅達(dá)到日本20世紀(jì)80年代的水平，鋁在汽車上應(yīng)用的水平很低，與汽車工業(yè)的高速發(fā)展極不相適應(yīng)。輕金屬材料的應(yīng)用是我國汽車工業(yè)跟蹤世界先進(jìn)水平應(yīng)開展的研究課題[14]

36、。因此，我國汽車用鋁合金市場(chǎng)的發(fā)展前景非常廣闊。但是，要增加鋁合金在汽車中的應(yīng)用，就必須要生產(chǎn)出滿足使用要求的鑄件來。所以，要通過改進(jìn)鑄造工藝，減少或消除缺陷，提高鑄件的性能，促進(jìn)鋁合金鑄件的使用。</p><p>　　1.3鑄造工藝概述 </p><p>　　1.3.1鑄造工藝設(shè)計(jì)概論</p><p>　　鑄造工藝設(shè)計(jì)就是根據(jù)鑄造零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，技術(shù)要求，生產(chǎn)批量

37、和生產(chǎn)條件等，確定鑄造工藝方案和工藝參數(shù)，繪制出鑄造工藝圖，繪制工藝卡等技術(shù)文件的過程[15]。在進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)前，應(yīng)先了解生產(chǎn)任務(wù)和要求，熟悉工廠的生產(chǎn)條件；在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)關(guān)心鑄件成本，節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)。從零件結(jié)構(gòu)工藝性的改進(jìn)、鑄造、造型、造芯的方法選擇，鑄造方案的確定，澆注系統(tǒng)和冒口的設(shè)計(jì)，鑄件的清理等，每道工序都與上述問題有關(guān)。采用不同的工藝，對(duì)鑄造車間的金屬成本，熔煉金屬量，能源消耗，鑄件工藝出品率和成品率，等都有顯著影響。

38、</p><p>　　1.3.2鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p>　　1．鑄造工藝方案的確定</p><p>　　砂型鑄造工藝方案包括：造型、造芯方法和鑄型種類的選擇，澆注位置及分型面的確定等。要確定鑄造工藝方案，首先應(yīng)對(duì)零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑄造工藝性分析。</p><p>　　零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件

39、品質(zhì)，簡(jiǎn)化鑄造工藝過程和降低成本[15]。對(duì)產(chǎn)品零件圖進(jìn)行鑄造工藝性分析主要通過以下兩方面：(1)從避免缺陷方面審查鑄件結(jié)構(gòu)；(2)從簡(jiǎn)化鑄造工藝方面改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)。</p><p>　　造型及造芯方法的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇：如應(yīng)與生產(chǎn)批量相適應(yīng)、應(yīng)符合工廠的生產(chǎn)條件、還要兼顧鑄件的精度要求和成本等。</p><p>　　鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置

40、是鑄造工藝設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，關(guān)系到鑄件的質(zhì)量、尺寸精度及造型過程的難易程度[15]。在確定澆注位置時(shí)要注意下列原則：鑄件的重要部位應(yīng)盡量置于下部；重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)；使鑄件的大平面朝下，以避免夾砂結(jié)疤類缺陷；應(yīng)保證鑄件能充滿；應(yīng)有利于鑄件的補(bǔ)縮；避免使用吊砂、吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯、合箱及檢驗(yàn)；應(yīng)使合箱位置、澆注位置和鑄件冷卻位置相一致。</p><p>　　分型面是兩半型相互接觸的表面。選擇合適的

41、分型面，可簡(jiǎn)化鑄造工藝、提高生產(chǎn)率、降低成本、提高鑄件質(zhì)量。在選擇分型面時(shí)應(yīng)盡量與澆注位置相一致，此外還應(yīng)注意：盡量使鑄件全部或大部置于同一半型內(nèi)；盡量減少分型面的數(shù)目；分型面應(yīng)盡量選用平面；便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸；不使砂箱過高；受力件的分型面的選擇不應(yīng)削弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；注意減輕鑄件清理和機(jī)械加工量[15]。</p><p>　　2．鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　鑄造工藝設(shè)計(jì)

42、參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的某些數(shù)據(jù)，這些工藝數(shù)據(jù)一般都與模樣及芯盒尺寸有關(guān)，即與鑄件精度有關(guān)，同時(shí)也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關(guān)[15]。這些工藝設(shè)計(jì)參數(shù)包括：鑄造收縮率、機(jī)加工余量、起模斜度、最小鑄出孔尺寸、工藝補(bǔ)正量、分型負(fù)數(shù)、反變形量、非加工壁厚的負(fù)余量、砂芯負(fù)數(shù)及分芯負(fù)數(shù)等。</p><p><b>　　3．砂芯的設(shè)計(jì)</b></p><p&g

43、t;　　砂芯是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件的外形不能出砂的部位。砂芯的設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下要求：砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置應(yīng)符合鑄件要求，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出型外，鑄件收縮時(shí)阻力小和容易清砂[15]。砂芯設(shè)計(jì)主要包括芯頭設(shè)計(jì)、芯骨設(shè)計(jì)、砂芯排氣設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　4．澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　澆

44、注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道總稱。它由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內(nèi)澆道等部分組成。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)鑄件品質(zhì)影響很大，鑄件廢品中約30%是因澆注系統(tǒng)不當(dāng)引起的[15]。對(duì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求是：所確定的內(nèi)澆道的位置、方向和個(gè)數(shù)應(yīng)符合鑄件的凝固原則或補(bǔ)縮方法；在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充滿型腔；提供必要的充型壓力，保證鑄件輪廓、棱角清晰；使金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，避免嚴(yán)重紊流，防止卷入、吸收氣體和使金屬液過度氧化；具有良好的阻渣能力；金屬液進(jìn)入型

45、腔時(shí)線速度不可過高，避免飛濺、沖刷型壁或砂芯；保證金屬液面有足夠的上升速度；不破壞冷鐵和芯撐的作用；澆注系統(tǒng)的金屬消耗??；減少砂型體積，造型簡(jiǎn)單，模樣制造容易等。</p><p>　　5．冒口、冷鐵和鑄肋設(shè)計(jì)及工裝設(shè)計(jì)</p><p>　　冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，在鑄件形成時(shí)補(bǔ)給金屬，可防止縮孔、縮松、排氣和集渣。</p><p>　　冷鐵是為增加鑄件局部

46、冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作面安放的金屬塊。設(shè)置冷鐵可在冒口難于補(bǔ)縮的位置防止縮孔、縮松；可以防止壁厚交叉部位及急劇變化部位產(chǎn)生裂紋；與冒口配合使用時(shí)，能加強(qiáng)鑄件的順序凝固條件擴(kuò)大冒口補(bǔ)縮距離或范圍，減少冒口數(shù)目；可加速個(gè)別熱節(jié)的冷卻，使整個(gè)鑄件接近同時(shí)凝固；減輕厚壁鑄件中偏析；改善鑄件局部金相組織和力學(xué)性能。</p><p>　　鑄肋即工藝?yán)?，分為兩類。一是割肋（收縮肋），用于防止鑄件熱裂；二是拉肋（加強(qiáng)肋），用

47、于防止鑄件變形。</p><p>　　鑄造工藝裝備是造型、造芯及合箱過程中所使用的模具和裝置的總稱，一般包括模樣、模板、模板框、砂箱、砂箱托板、芯盒、烘干板、砂芯修整磨具、組芯及下芯夾具、量具及檢驗(yàn)樣板、套箱、壓鐵等。</p><p><b>　　1.4 課題介紹</b></p><p>　　本文所研究的課題來自蘇州明志科技有限公司生產(chǎn)實(shí)例，是

48、明志科技的研究課題之一，是ZF變速箱前箱蓋的鑄造工藝優(yōu)化。明志科技是以鑄造技術(shù)開發(fā)為核心的高科技民營企業(yè)，由明志裝備和明志鑄造兩部分組成。明志裝備主要從事制芯設(shè)備、鋁合金鑄造設(shè)備、模具以及相關(guān)系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)開發(fā)及制造；明志鑄造主要從事鋁鎂合金鑄件開發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品包括：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼體、空調(diào)壓縮機(jī)、熱交換器等。ZF變速箱前箱蓋是德國ZF公司的產(chǎn)品，ZF公司即采埃孚股份公司，是當(dāng)今世界上最重要的傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品專業(yè)制造廠家之一。前箱

49、蓋的材料是AlSi7Mg0.3，在采用鑄件開口朝下的澆注方式進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)出的ZF前箱蓋鑄件的質(zhì)量不穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)在冒口頸根部的加工面上存在彌散的直徑約1.0～1.5mm的孔洞類缺陷，已超出ZF公司的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，2010年不合格比例約為26%。因此，本課題計(jì)劃通過對(duì)其現(xiàn)有的鑄造工藝進(jìn)行改善、優(yōu)化，以減少或消除鑄造缺陷，提高鑄件的質(zhì)量，從而促進(jìn)鋁合金在生產(chǎn)中的應(yīng)用。</p><p>　　1.5研究?jī)?nèi)容和目的&l

50、t;/p><p>　　(1)ZF前箱蓋在現(xiàn)有鑄造工藝下所產(chǎn)生的缺陷調(diào)查和分析，并提出新的改進(jìn)方案；</p><p>　　(2)設(shè)計(jì)新的鑄造工藝；</p><p>　　(3)進(jìn)行鑄造凝固模擬分析和工藝改進(jìn)優(yōu)化；</p><p>　　(4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。</p><p>　　第二章 ZF前箱蓋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)</p>&

51、lt;p><b>　　2.1范圍</b></p><p>　　本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了ZF GCT6S-1650變速箱前箱蓋的技術(shù)條件和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　本標(biāo)準(zhǔn)適用于ZF GCT6S-1650變速箱前箱蓋。</p><p><b>　　2.2引用標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　GTA 16

52、/5 DIN 1688-1:1998-08 《砂型鑄造輕金屬合金的鑄件毛坯：一般公 差及加工余量》</p><p>　　DIN EN 1706:1998-06 《鋁及鋁合金鑄造化學(xué)成分和機(jī)械性能》</p><p>　　ZFN 155 《鋁、鎂合金的砂型鑄件、金屬型鑄件、壓鑄件的供貨技術(shù)條件》</p><p&

53、gt;　　ZF 0000 700 404 《鋁合金鑄件的氣孔等級(jí)》</p><p>　　DIN 1680-1 《鑄件：一般公差和機(jī)械加工余量》</p><p>　　ISO 2768-2 《一般公差：未注形位公差》</p><p>　　ZFN 93

54、 《材料和熱處理：圖紙上的數(shù)據(jù)》</p><p>　　ZFN 99 《自鎖內(nèi)螺紋》</p><p>　　DIN 7167 《尺寸公差和形位公差的關(guān)系》</p><p>　　DIN 5401 《減摩軸承：一般工業(yè)用球》 </p>&l

55、t;p>　　ZFN 120-1 《圖紙?jiān)O(shè)計(jì)系統(tǒng)中的生產(chǎn)識(shí)別》</p><p>　　ZFN 120-2 《圖紙?jiān)O(shè)計(jì)系統(tǒng)中的生產(chǎn)號(hào)碼》</p><p>　　ZFN 2011-1 《零件的制作》</p><p>　　ZFN 89-2 《表面

56、特性的規(guī)范》</p><p>　　ZFN 16 《邊界的描述：內(nèi)部和外部的邊界》</p><p>　　GB/T 9438-1999 《鋁合金鑄件》</p><p>　　ISO 7722-1985 《用重力、砂型、金屬型或類似鑄造工藝生產(chǎn)的鋁合金鑄件通用交貨驗(yàn)收條件》</p><

57、p><b>　　2.3技術(shù)要求</b></p><p>　　2.3.1 產(chǎn)品名稱</p><p>　　英文全稱：Front Housing 中文全稱：前箱蓋</p><p><b>　　2.3.2 材料</b></p><p>　　鑄件材料化學(xué)成分參照DIN EN 1706:19

58、98-06，鑄件各元素含量要求見表2-1。</p><p>　　表2-1、鑄件化學(xué)成分表</p><p>　　2.3.3 機(jī)械性能</p><p>　　鑄件本體取樣的機(jī)械性能參照DIN EN 1706:1998-06的砂型標(biāo)準(zhǔn)，抗拉強(qiáng)度和延伸率應(yīng)不低于單鑄試棒的75%和50%(三根的平均值)，即σb≥172.5Mpa，δ≥1%。零件本體取樣的硬度≥75HB，表2-2

59、為砂型鑄造的機(jī)械性能要求。</p><p>　　表2-2、機(jī)械性能表（單鑄試樣）</p><p><b>　　2.4驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　2.4.1 鑄件驗(yàn)收條件</p><p>　　1． 鑄件的初基準(zhǔn)面、加工夾緊面應(yīng)光滑平整，無披縫、毛刺及粘砂；初基準(zhǔn)面的位置見鑄件圖；</p><p

60、>　　2． 外輪廓面毛刺清理干凈；</p><p>　　3． 鑄件表面無油污、殘砂等；</p><p>　　4． 澆冒口殘留高度在加工面上小于3mm；</p><p>　　5． 頂桿孔、排氣塞、鑲嵌件的痕跡允許凸出0.5mm或凹下0.3mm；</p><p>　　6． 鑄件錯(cuò)型量≤0.5mm；</p><p>　

61、　7． 鑄件無冷隔、裂紋缺陷；</p><p>　　8． 鑄件內(nèi)腔不允許有粘砂和在實(shí)際應(yīng)用中存在危險(xiǎn)的表面缺陷；</p><p>　　9． 鑄件的加工表面氣孔驗(yàn)收條件見ZF 0000 700 404中的PK4，具體的內(nèi)容如下：</p><p>　　氣孔的最大尺寸≤1mm；</p><p>　　氣孔的最小間距≥30mm；　</p>

62、<p>　　尺寸≤0 .6mm的氣孔不計(jì)；</p><p>　　每一個(gè)單獨(dú)的加工面上在下列情況下允許最小80mm的間距；</p><p>　　3個(gè)氣孔為一組的最小間距 ≤2mm；</p><p>　　允許單個(gè)氣孔≤1.5mm；</p><p>　　在兩個(gè)螺紋孔的范圍內(nèi)不允許有特殊情況重復(fù)；</p><p>

63、;　　在不損害密封的情況下，沒有特殊說明的螺紋孔允許存在單個(gè)氣孔（在螺紋通孔中的旋緊方向上，從第四個(gè)螺距開始計(jì)），螺紋孔≤M8的，最大氣孔≤3.5mm；螺紋孔＞M8的，最大氣孔≤5mm；</p><p>　　產(chǎn)品圖紙R-R剖視圖中的Φ9.8孔的氣孔等級(jí)為PK3；B-B中的Φ9.8孔的氣孔等級(jí)為PK3；</p><p>　　10． 鑄件的鑄造表面孔洞類缺陷允許如下：</p>

64、<p>　　1) 在10cmX10cm的檢驗(yàn)面積內(nèi)，允許間距超過10mm的4個(gè)孔洞存在，其中單個(gè)孔洞的最大尺寸≤3mm，深度不超過2mm，尺寸≤1mm的孔洞不計(jì)；</p><p>　　2) 在3cmX3cm的檢驗(yàn)面積內(nèi)，允許2組成組孔洞存在，其中每組的孔洞數(shù)量不超過3個(gè)，孔洞的最大尺寸≤1.5mm，深度不超過2mm，尺寸≤1mm的孔洞不計(jì)；</p><p>　　11． 鑄件

65、的其它鑄造表面缺陷驗(yàn)收條件見ZF 155和DIN EN 1559-1，但是缺陷不能影響產(chǎn)品的功能和加工性；</p><p>　　12． 鑄件加工后，加工表面不允許焊補(bǔ)；鑄造表面不允許在壁厚區(qū)域焊補(bǔ)，其它區(qū)域（如加強(qiáng)筋、搭子和法蘭）可以采用氬弧焊補(bǔ)，單處焊補(bǔ)面積（焊補(bǔ)擴(kuò)修后的面積）≤10cm2，焊補(bǔ)處數(shù)≤3個(gè)，焊補(bǔ)深度≤4mm，焊補(bǔ)面積≤2cm2的不計(jì)入焊補(bǔ)數(shù)；焊補(bǔ)應(yīng)在熱處理前進(jìn)行，如果熱處理后的鑄件焊補(bǔ)面積≤2

66、cm2，焊區(qū)間距≥100mm，焊補(bǔ)處數(shù)≤5個(gè)，鑄件可以不重復(fù)熱處理，否則需重復(fù)熱處理。焊補(bǔ)區(qū)域不得有裂紋，未焊透和未熔合等焊補(bǔ)后帶來的缺陷。</p><p>　　13． 鑄件不允許滲補(bǔ)。</p><p>　　2.4.2 鑄件尺寸公差</p><p>　　鑄件尺寸及尺寸公差見鑄件圖，未注斜度和斜度位置，未注鑄造表面的形位公差見DIN 1680-1；</p>

67、;<p>　　鑄件尺寸未注公差按照GTA16/5 DIN1688-1:1998-08規(guī)定執(zhí)行，定位、測(cè)量基準(zhǔn)及關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素公差按鑄件圖要求；</p><p>　　表2-3、未注鑄件線性尺寸(包括長度、寬度、高度、中心線的距離、直徑、半徑)公差表</p><p>　　表2-4、未注鑄件厚度尺寸(包括壁厚、網(wǎng)格筋或筋板的厚度)公差表</p><p>　　2

68、.4.3 密封性試驗(yàn)要求</p><p><b>　　1． 密封性試驗(yàn)；</b></p><p>　　2． 產(chǎn)品試驗(yàn)壓力為1bar相對(duì)氣壓；</p><p>　　3． 產(chǎn)品在水下保壓2分鐘；</p><p>　　4． 產(chǎn)品表面無氣泡滲出。</p><p><b>　　2.4.4 標(biāo)識(shí)&l

69、t;/b></p><p>　　產(chǎn)品按照?qǐng)D紙要求在規(guī)定的部位鑄出零件號(hào)、生產(chǎn)批號(hào)，具體位置見鑄件圖。</p><p>　　2.4.5 加工件驗(yàn)收條件</p><p>　　1．按圖號(hào)為1310 201 026 版本號(hào)為C的加工圖進(jìn)行加工檢驗(yàn)，機(jī)加工過程中的裝夾不允許對(duì)鑄件造成損傷，加工面不允許有明顯的劃痕；</p><p>　　2．未注加

70、工孔的中心位置尺寸公差為±0.2mm；</p><p>　　3．未注機(jī)加工表面的邊倒角在外部的最大為1mm，內(nèi)部的最大為1.4mm；邊界的細(xì)節(jié)參考ZFN 16；</p><p>　　4．未注形位公差參考ISO 2768-2，公差等級(jí)為H；</p><p>　　5．未注盲孔的深度公差為:+2mm；螺孔的最小螺紋深度為名義尺寸；</p><

71、p>　　6．未注直徑為Φ1～Φ30的盲孔尺寸公差為(-0.1，+0.2)；</p><p>　　7．其它的加工要求見產(chǎn)品圖和ZF 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　第三章ZF前箱蓋結(jié)構(gòu)的工藝性分析</p><p>　　在確定工藝方案前，首先要對(duì)零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑄造工藝性分析，審查其結(jié)構(gòu)是否能夠滿足鑄造生產(chǎn)的要求。零件的輪廓尺寸為470mmx320mmx75mm，

72、具體尺寸參見圖紙中標(biāo)示。零件的主要壁厚為8mm；最小壁厚為4mm。由《鑄造工藝學(xué)》[15]表3-2-1可知，鋁合金鑄件在砂型鑄造條件下，當(dāng)鑄件輪廓尺寸在400～800mm時(shí)最小允許壁厚為4～5mm，所以鑄件具有合適的壁厚。鑄件壁與壁之間的連接較為平緩，具有合適的圓角，因此鑄件結(jié)構(gòu)不會(huì)造成嚴(yán)重的收縮阻礙。在鑄件的大平面處設(shè)置有一些肋板，這樣可防止鑄件產(chǎn)生翹曲變形。而且鑄件上也不存在妨礙起模的凸臺(tái)、肋板等結(jié)構(gòu)，便于造型。因此，該零件的結(jié)構(gòu)滿

73、足鑄造工藝性要求。圖3-1所示為零件的三維結(jié)構(gòu)示意圖，零件上的2個(gè)Φ12mm和20個(gè)Φ11mm的小孔及螺紋孔等不便鑄出而需通過機(jī)加工獲得，如圖3-2鑄件三維圖所示。</p><p>　　圖3-1 ZF前箱蓋零件的三維示意圖</p><p>　　圖3-2 ZF前箱蓋鑄件的三維示意圖</p><p>　　第四章 ZF前箱蓋原來的鑄造工藝及缺陷的調(diào)查分析</p>

74、;<p>　　4.1 ZF前箱蓋原來的鑄造工藝介紹</p><p>　　4.1.1 工藝方案的確定</p><p>　　1．造型及造芯的方法</p><p>　　目前，很多鑄造企業(yè)為了提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、提高鑄件的尺寸精度、重量精度以及鑄件的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量，采用機(jī)器造型和制芯的機(jī)械化生產(chǎn)。蘇州明志科技公司的制芯方法主要有兩種，分別為冷芯盒法和熱芯盒

75、法。關(guān)于兩種方法的不同點(diǎn)在于冷芯盒法適用于制作較大的砂芯，而熱芯盒法適用于制作較小的且形狀較為復(fù)雜的砂芯，并且熱芯盒法所制砂芯其表面光潔度較高。本公司采用三乙胺冷芯盒制作工藝，其樹脂由兩種組分組成，Ⅰ組份為酚醛樹脂，Ⅱ組份聚異氰酸酯，其比例范圍組份Ⅰ∶組份Ⅱ在(60～40)%∶(40～60)%之間變動(dòng)。熱芯盒法為覆膜砂加熱硬化。因此，ZF前箱蓋鑄件的上、下砂型通過冷芯盒法制芯工藝，采用公司自行生產(chǎn)的制芯設(shè)備MZ25或MLC25進(jìn)行射砂成

76、型然后吹入三乙胺硬化樹脂砂而獲得；砂芯采用的設(shè)備是MKJ3熱芯盒開合機(jī)，將模具加熱到指定溫度吹入覆膜砂，受熱硬化獲得。圖4-1到4-3所示為上、下砂型及砂芯的結(jié)構(gòu)示意圖。在設(shè)計(jì)芯盒時(shí)應(yīng)遵循節(jié)約成本的原則，非澆注系統(tǒng)及冒口的部位，在保證砂型強(qiáng)度的條件下要注意省砂。</p><p>　　圖4-1 上砂型的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖4-2 下砂型的結(jié)構(gòu)示意圖</p><

77、;p>　　圖4-3 砂芯的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2．鑄件的澆注位置及分型面</p><p>　　因?yàn)殍T件開口端處是與主箱體配合的面，是重要的密封面。所以為保證其質(zhì)量，在砂型中將鑄件的開口端置于下部，即在澆注時(shí)，鑄件開口朝下水平放置在砂型中，如圖4-4中所示的方式。分型面選在鑄件開口端，即圖4-4中直線的位置，這樣可把整個(gè)鑄件放置在一個(gè)鑄型中，可提高鑄件的精度。</p&

78、gt;<p>　　圖4-4 澆注系統(tǒng)位置及分型面的選定</p><p>　　4.1.2 鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇</p><p><b>　　1．鑄件的尺寸公差</b></p><p>　　鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差。鑄件尺寸公差等級(jí)的選定，應(yīng)綜合考慮鑄件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式、鑄件的設(shè)計(jì)要求、機(jī)械加工要求、鑄造金屬

79、和合金的種類、采用的鑄造設(shè)備、工藝裝備和工藝方法等因素。ZF前箱蓋的尺寸公差參照第二章2.4.2節(jié)中的要求 。</p><p><b>　　2．機(jī)械加工余量</b></p><p>　　鑄件為保證其加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而后在機(jī)械加工時(shí)又被切去的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量。加工余量過大，浪費(fèi)金屬和加工工時(shí)；過小，降低刀具壽

80、命，不能完全去除鑄件表面缺陷，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)《鑄造手冊(cè)》和工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來確定出鑄件各部分的機(jī)加工余量，鑄件的上頂面的加工余量為4mm，鑄件開口端及圓孔內(nèi)的加工余量為3mm，具體可參見鑄件圖中標(biāo)示。</p><p><b>　　3．鑄造收縮率</b></p><p>　　鑄件收縮率K等于模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分?jǐn)?shù)，即</p><p

81、>　　K= （4-1）</p><p>　　式中 LM----模樣（或芯盒）工作面的尺寸；</p><p>　　LJ----鑄件尺寸。</p><p>　　鑄件收縮率與鑄造合金的種類及成分、鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和尺寸大小、鑄型種類、澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、砂型和砂芯的退讓性等因素有關(guān)。據(jù)工廠里的

82、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，自硬砂的鑄型的鑄造收縮率為1.1%，覆膜砂的砂芯的鑄造收縮率為0.8%。</p><p><b>　　4．起模斜度</b></p><p>　　為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個(gè)斜度，稱為起模斜度。起模斜度的大小應(yīng)根據(jù)模樣的高度、尺寸和表面粗糙度以及造型方法來確定。各處的起模斜度具體數(shù)值可參見鑄件圖中標(biāo)示，其中未注的起

83、模斜度最大1.5°。</p><p><b>　　5．鑄件最小鑄出孔</b></p><p>　　最小鑄出孔的尺寸，和鑄件的生產(chǎn)批量、合金種類、鑄件大小，孔處鑄件壁厚、孔的長度及直徑等有關(guān)。由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》[16]表1-7可知鋁合金的最小鑄出孔的直徑為20mm。所以零件上的直徑小于20mm的孔不便鑄出，而需要通過機(jī)加工獲得。</p><

84、p>　　4.1.3 砂芯設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．芯頭的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　砂芯主要靠芯頭固定在砂型上。下芯頭與砂型的間隙為0.2mm，上芯頭與砂型的間隙為1mm，上芯頭與芯座之間的間隙為0.5mm，芯頭的其他尺寸見圖4-5標(biāo)示。</p><p><b>　　2．芯頭的定位</b></

85、p><p>　　砂芯要求定位準(zhǔn)確，不允許沿芯頭軸向移動(dòng)或繞芯頭軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。為了定位準(zhǔn)確，就需要做出定位芯頭。定位芯頭結(jié)構(gòu)如圖4-5(c)所示，這種形狀的芯頭不會(huì)發(fā)生軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證砂芯位置的準(zhǔn)確。</p><p>　　(a) 砂芯的截面剖視圖</p><p>　　(b) 芯頭結(jié)構(gòu)尺寸 (c) 芯頭形狀示意圖</p><p>　　圖4-

86、5 砂芯的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　4.1.4澆注系統(tǒng)及冒口</p><p>　　澆注系統(tǒng)即為鑄型中引導(dǎo)金屬液進(jìn)入型腔的通道。前箱蓋在澆注時(shí)，采用鑄件開口朝下的頂注式澆注方式，其澆注系統(tǒng)包括澆口杯、直澆道、直澆道窩、內(nèi)澆道等組成，直澆道為上大下小的圓錐式直澆道；直澆道下部設(shè)置直澆道窩，以盛接來自直澆道中的金屬液；內(nèi)澆道分為三個(gè)，為各呈120°的輪輻式布置，采用多個(gè)內(nèi)澆道，可

87、以減輕鑄件的局部過熱現(xiàn)象。上頂面設(shè)置7個(gè)明冒口，以補(bǔ)縮鑄件凝固緩慢的部位，防止產(chǎn)生縮松，保證鑄件的質(zhì)量。ZF前箱蓋的原方案的工藝三維圖如圖4-6所示，其中1—7為冒口，8為澆注系統(tǒng)。</p><p>　　圖4-6 原方案的工藝三維圖</p><p><b>　　1．澆注系統(tǒng)</b></p><p>　　鋁合金質(zhì)輕，熱容量小，導(dǎo)熱快，溫度降低快，

88、極易氧化和吸氣，且氧化物的密度與鋁液相近，混入鋁液中的氧化物很難浮起，易引起夾雜，凝固收縮率大，易產(chǎn)生縮孔和縮松。因此，要求澆注系統(tǒng)能快速、平穩(wěn)充型，不產(chǎn)生飛濺、沖擊和渦流，有強(qiáng)的阻渣能力和有利于順序凝固。</p><p>　　據(jù)經(jīng)驗(yàn)，低于100mm的矮鑄件可用頂注式或中間注入式澆注系統(tǒng)。而鑄件的開口端為與主箱體配合的重要密封面，應(yīng)盡量置于下部，并且鑄件的高度低于100mm。所以，在澆注時(shí)，采用鑄件開口朝下的頂注

89、式澆注方式。</p><p>　　澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及各部分尺寸參見圖4-7所示。圖中左部為澆注系統(tǒng)側(cè)面的剖視圖，由圖4-7可知，直澆道為錐形直澆道，其底部直徑為25mm，高34mm，斜度為2°，上部圓角是與澆口杯連接處得形狀。直澆道下面設(shè)置直澆道窩，來盛接從直澆道流下的金屬液，起緩沖作用，可使金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，直澆道窩的半徑為25mm，深度為20mm。內(nèi)澆口的厚度為4mm，分為三個(gè)方向?qū)X液注入型腔。圖中

90、右部為澆注系統(tǒng)的底部視圖，它展現(xiàn)了內(nèi)澆口的結(jié)構(gòu)布局及尺寸，澆注系統(tǒng)的其他部分尺寸參見圖4-7中標(biāo)示。其中澆注時(shí)使用的澆口杯為API澆口杯（上口直徑為80mm，下口直徑為75mm，高度為80mm）。</p><p>　　在準(zhǔn)備合箱澆注時(shí)，在直澆道底部放置纖維過濾網(wǎng)（網(wǎng)孔尺寸為2.5x2.5mm）。這樣不僅起到過濾金屬液的作用，還能緩沖金屬液。</p><p>　　圖4-7 澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意

91、圖</p><p>　　2．冒口的結(jié)構(gòu)示意圖及尺寸</p><p>　　冒口一般設(shè)在以下位置：在鑄件熱節(jié)的上方或旁側(cè)；設(shè)在鑄件最高最厚的部位；不應(yīng)設(shè)在鑄件重要的、受力大的部位；不要選在鑄造應(yīng)力集中處；盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件；冒口布置在加工面上。冒口的形狀一般取決于鑄件熱節(jié)處的形狀，冒口的結(jié)構(gòu)示意圖及其尺寸見圖4-8所示，共7個(gè)冒口。其中位于左右的四個(gè)冒口即2#、3#、6#、7

92、#冒口是按照鑄件的形狀隨形向上做出的，1#冒口為腰形冒口，4#、5#冒口為圓柱形冒口。冒口總高度為76mm，斜度為5°，冒口頸及冒口其他各部分的尺寸參見圖4-8中的標(biāo)示。</p><p>　　圖4-8 冒口的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　4.1.5 鋁合金的精煉、細(xì)化及澆注</p><p>　　蘇州明志科技有限公司的熔煉方法是采用燃?xì)鉅t進(jìn)行集中熔煉，然后

93、將鋁液轉(zhuǎn)到電爐中進(jìn)行精煉處理、變質(zhì)/細(xì)化處理，以獲得成分合格、組織良好、性能達(dá)標(biāo)的鋁液進(jìn)行澆注。</p><p><b>　　1．精煉處理</b></p><p><b>　　(1)精煉處理工藝</b></p><p>　　精煉處理是在坩堝內(nèi)使用除氣機(jī)通入惰性氣體氬氣，旋轉(zhuǎn)除氣精煉。即通過除氣轉(zhuǎn)子向鋁液內(nèi)通入Ar， 除氣轉(zhuǎn)

94、子能有效地將Ar打散成細(xì)小的氣泡，均勻的在鋁液中散開、浮升，鋁液中的氫分壓比氣泡中高，氫氣會(huì)向惰性氣泡中擴(kuò)散，并不斷長大、鋁液中的夾雜和Al2O3吸附在氣泡表面，上升至液面，從而有效地降低鋁液中的含氫量。圖4-9為吹氬精煉的原理示意圖。</p><p>　　圖4-9 吹氬精煉原理圖</p><p><b>　　(2)精煉操作要求</b></p><

95、p>　　1)精煉/打渣處理：爐料全部熔化后，鋁液溫度700～740℃之間時(shí)進(jìn)行打渣，分兩次進(jìn)行打渣操作，每次壓入約1/2的打渣劑，兩次的操作動(dòng)作相同，將在坩鍋邊緣預(yù)熱過的打渣劑（HGJ-2）撒在鋁液表面，注意撒的面積不要超出壓罩的面積，然后用壓罩將鋁液表面的精煉劑全部壓入鋁液內(nèi)距坩堝底部約100毫米處緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)壓罩至反應(yīng)停止，每次打渣約3～5分鐘。</p><p>　　2)扒渣處理：精煉處理后使用扒渣瓢將渣攏

96、在坩堝內(nèi)壁輕輕揉搓3-5分鐘至渣呈粉末狀時(shí)撈出倒入渣桶。利用精煉劑的發(fā)熱反應(yīng)，促進(jìn)鋁渣分離，便于出渣。</p><p>　　3)旋轉(zhuǎn)除氣 ：除氣前將除氣棒底部下降至距液面10～50mm，預(yù)熱3～5分鐘。當(dāng)鋁液溫度在700～740℃之間時(shí)調(diào)整氬氣流量為15±5L/min，氣體壓力為0.5～1bar，開啟旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，將預(yù)熱過的除氣棒下降至距坩鍋底部約100～150mm處，除氣8～15分鐘。除氣結(jié)束后將除氣棒底

97、部上升至距液面10～50mm，關(guān)閉氬氣旋轉(zhuǎn)5～10 s。</p><p><b>　　2．變質(zhì)/細(xì)化處理</b></p><p>　　(1)預(yù)熱：根據(jù)材料要求，將預(yù)熱過的變質(zhì)劑/細(xì)化劑加入鋁液（預(yù)熱目的：減少鋁錠上的水氣帶入鋁液；預(yù)防帶有水氣的鋁錠直接進(jìn)入鋁液，亦是安全操作需要）。</p><p>　　(2)變質(zhì)/細(xì)化處理（變質(zhì)劑采用AlSr1

98、0，細(xì)化劑用AlTi5B）：鋁液溫度700～740℃之間時(shí)用鐘罩快速將預(yù)熱好的變質(zhì)劑/細(xì)化劑壓入鋁液下部，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)并攪拌均勻，至全部熔化。</p><p>　　(3)成分分析：澆注光譜樣并送檢，不合格時(shí)調(diào)整成分再次澆注光譜樣送檢至成分合格。 </p><p><b>　　3．澆注</b></p><p>　　澆注溫度在710℃～725℃，澆注時(shí)

99、間為12～14s, 在澆注過程中要保持澆口杯充滿，冒口高度與砂型上邊緣齊平，若不夠則應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充。澆注后3～5分鐘可以取走壓鐵， 30分鐘后可以進(jìn)行開箱取件。澆注時(shí)，壓鐵的放置如圖4-10所示。</p><p>　　圖4-10 澆注圖示</p><p>　　4.2 鑄件的缺陷調(diào)查和分析</p><p>　　4.2.1 鑄件的缺陷調(diào)查</p><p&

100、gt;　　按照4.1節(jié)所述的鑄造工藝方案進(jìn)行造型、制芯，合箱、澆注，然后進(jìn)行后處理、外觀尺寸檢測(cè)、性能測(cè)試、機(jī)械加工等流程。</p><p><b>　　1．缺陷區(qū)域劃分：</b></p><p>　　如圖4-11所示，將出現(xiàn)缺陷的加工面劃分六個(gè)區(qū)域。</p><p>　　圖4-11 鑄件缺陷的區(qū)域劃分</p><p>

101、　　2．觀察發(fā)現(xiàn)的問題：</p><p>　　調(diào)查的鑄件均在上頂面或稱大平面存在嚴(yán)重的彌散性縮孔，具體如圖4-12所示。多數(shù)單個(gè)孔洞大小約Φ1.5mm，超出了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（詳見第二章）對(duì)孔洞的要求。但是生產(chǎn)過程并未發(fā)現(xiàn)明顯的異常。</p><p>　　(a) 1區(qū)表面缺陷</p><p>　　(b) 2區(qū)表面缺陷</p><p>　　(c) 3區(qū)

102、表面缺陷</p><p>　　(d) 4區(qū)表面缺陷</p><p>　　圖4-12 鑄件缺陷調(diào)查結(jié)果</p><p>　　4.2.2調(diào)查結(jié)果分析</p><p>　　從鑄件孔洞缺陷的分布來看，除了在上頂面上存在有嚴(yán)重的彌散縮孔以外，部分鑄件甚至在底面的加工面上也顯現(xiàn)出分散的縮孔，由此可以推斷，該缺陷并非是由于冒口大小的影響所致。經(jīng)過初步分析認(rèn)

103、為是由以下兩種原因造成：(1)鋁液質(zhì)量存在問題。鋁液成分不合格，夾雜物含量高，會(huì)使鋁液更容易吸氣，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生孔洞類缺陷。(2)鋁液充型過程有問題。鋁液充型過程不平穩(wěn)、易產(chǎn)生紊流，造成氧化渣增加和澆注卷氣，從而使鑄件頂面加工面出現(xiàn)彌散性孔洞缺陷。</p><p>　　對(duì)于第一種分析，可通過對(duì)鋁液質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)來驗(yàn)證，檢測(cè)的結(jié)果見表4-1所示。由檢測(cè)報(bào)告結(jié)果可知各元素含量均在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)，鋁液質(zhì)量是合格的。所

104、以缺陷不是由于鋁液質(zhì)量導(dǎo)致的，而是由于鋁液充型過程有問題。因?yàn)槟壳安捎玫捻斪⑹綕沧⒐に囋阡X液充型過程中，容易產(chǎn)生紊流，造成氧化渣增加和澆注卷氣，使鑄件上頂面的加工面出現(xiàn)彌散性孔洞，導(dǎo)致加工面孔洞缺陷不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。因此對(duì)于第二種分析，可以嘗試通過調(diào)整澆注系統(tǒng)的方式來改變鋁液充型的情況，可改為采用底注式澆注工藝來改善鋁液充型的平穩(wěn)性，以避免氧化渣和卷氣的產(chǎn)生。</p><p>　　表4-1 鋁液質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果<

105、;/p><p><b>　　續(xù)表4-1</b></p><p>　　第五章 ZF前箱蓋的鑄造工藝改進(jìn)</p><p><b>　　5.1基本方法</b></p><p>　　根據(jù)第四章的分析結(jié)果，初步確定將頂注式澆注系統(tǒng)改為底注式來改善鋁水的充型過程。所以將鑄件的澆注位置上下顛倒，澆注系統(tǒng)位置不變，并在

106、鑄件的開口端一圈做出冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，在鑄件底面的一些部位設(shè)置冷鐵，增加局部位置的冷卻速度，保證凝固的順序，增強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮效果。</p><p>　　5.2工藝方案的改進(jìn)</p><p>　　5.2.1鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)及砂芯設(shè)計(jì)</p><p>　　1. 鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)選擇</p><p>　　鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)還是和原先方案的選擇一致保持

107、不變。</p><p><b>　　2．砂芯設(shè)計(jì)</b></p><p>　　因?yàn)樾路桨甘菍㈣T件開口朝下的頂注式改為開口朝下的底注式澆注方式來提高充型過程的穩(wěn)定性，所以原來的上型變?yōu)楝F(xiàn)在的下型，原來的下型變?yōu)楝F(xiàn)在的上型；對(duì)應(yīng)的砂芯的上、下芯頭要相互對(duì)調(diào)。因此，上、下芯頭與砂型間的配合間隙也要調(diào)換一下。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，在鑄型或砂芯芯頭上作出相應(yīng)的修改即可。</p>

108、<p>　　5.2.2澆注系統(tǒng)的改進(jìn)</p><p>　　澆注系統(tǒng)改為底注式澆注系統(tǒng)，這樣在充型的過程中可保證液流流動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生渦流，金屬氧化小，且有利于氣體排除型腔。澆注系統(tǒng)的直澆道底部直徑，直澆道的斜度、直澆道窩的尺寸、內(nèi)澆道的數(shù)目、尺寸及位置等均不改變。因?yàn)槭堑鬃⑹綕沧⑾到y(tǒng)，而澆注系統(tǒng)的位置不變，所以直澆道的高度提高了，具體高度由砂型的高度來決定，澆口杯的上口直徑為85mm，下口直徑為75

109、mm，高度為80mm，澆注系統(tǒng)的其他尺寸如圖5-1中標(biāo)示。</p><p>　　(a) 澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　(b) 澆注系統(tǒng)的尺寸</p><p>　　圖5-1 改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)</p><p>　　5.2.3 冒口、冷鐵及出氣孔的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．冒口的設(shè)計(jì)<

110、/b></p><p>　　鋁合金鑄件一般都采用明頂冒口，且多與冷鐵配合使用。本文中設(shè)計(jì)的冒口也是明頂冒口，并與冷鐵配合使用。冒口的形狀由鑄件或鑄件熱節(jié)處的形狀和尺寸決定，向上做到一定高度形成。冒口位置需要考慮合金的凝固特性，對(duì)于像鋁合金這樣體收縮較大的鑄件多采用順序凝固的原則，冒口應(yīng)設(shè)在鑄件最后凝固的位置。冒口的數(shù)量通常取決于澆注位置、鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸[17]。本處的冒口是沿著鑄件開口端一圈在具有熱節(jié)處設(shè)置

111、的。</p><p>　　冒口高度可比原來適當(dāng)提高一些，以加強(qiáng)補(bǔ)縮效果。冒口總高度現(xiàn)為80mm，冒口的斜度為7°，冒口頸處的斜度為3°。沿鑄件開口端共設(shè)12個(gè)明冒口，冒口的位置分別對(duì)應(yīng)于鑄件開口端的圓柱凸臺(tái)（除了3#和9#冒口由于鑄件結(jié)構(gòu)原因在圓柱凸臺(tái)位置向內(nèi)偏移了一定距離）。冒口頸的尺寸是由鑄件上做冒口部分的尺寸向內(nèi)偏移一定距離獲得，其中除了3#、6#、9#冒口其余各處冒口頸半徑為11mm，

112、3#、9#冒口處由于鑄件尺寸為16mm,所以向內(nèi)偏移0.5mm，得冒口頸半徑為7.5mm，因?yàn)?#冒口與下面的圓柱凸臺(tái)對(duì)應(yīng)，且此處鑄件向外凹了一些，所以冒口頸的半徑為7mm，中間連接部分的內(nèi)側(cè)是由此處鑄件內(nèi)口端向外偏移1mm,連接處的外測(cè)與兩端的圓柱相切，具體數(shù)值見圖5-2所示。</p><p>　　1#和7#冒口由于其對(duì)應(yīng)在鑄件上的圓柱凸臺(tái)高度比其他地方的小，并且與相鄰圓柱凸臺(tái)處的冒口相互連接起來，所以它的冒口