用铁模覆砂工艺生产曲轴

江洁等

摘要：介绍了铁模覆砂工艺应用于生产球墨铸铁曲轴，同时介绍了铁型设计、覆膜砂性能要求和工艺流程特点。指出了铁型覆砂铸造工艺生产球铁曲轴件是一种发展趋势.

关键词：铁模覆砂；曲轴；球墨铸铁

引言

曲轴是发动机上的一个重要的机件，它的使用性能对机车的运行有重大的影响。在发动机运行中，曲轴受力大且复杂，并承受交变负荷的冲击作用，往往产生弯曲、扭转、剪切等变形问题，造成曲轴断裂或者轴颈磨损，其中疲劳断裂占了80%。变形与热处理的工艺、处理效果的好坏都有直接的关系。曲轴的材料现以球墨铸铁和钢为主，由于球墨铸铁的切削性能良好，并且可以通过各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性，因此应用十分广泛。

1.球墨铸铁应用于曲轴

球墨铸铁有铁素体、铁素体―珠光体及珠光体等三种基体组织，球铁的良好机械性能与其组织特点是密切相关的。研究资料表明，珠光体基体的组织较铁素体组织具有更好的常温抗拉强度、耐磨性和抗疲劳强度性能，所以在生产中为促进基体为珠光体组织，常采用加入Cu、Mn、Cr、Mo、Sn、Sb等合金元素，但是合金化并不是达到预期性能的全部，通常还需要结合曲轴的大小，采用各种铸造工艺来共同实现。

曲轴铸造的造型工艺有普通粘土砂型铸造、壳型工艺、铁模覆砂工艺等，采用铁模覆砂工艺，在粗成型的铁型内壁覆上一定厚度的型砂完成造型，而后浇注成型。能够提高了铸件尺寸精度和铸件的内部质量，提高劳动生产率，降低加工成本。

2.铁模覆砂工艺

2.1.覆膜砂性能要求

铁模覆砂生产球铁曲轴所使用的覆膜砂选用外形圆整的原砂，且对其进行净化处理，要求SO2>90%。由于有铁模做背衬，覆膜砂对抗拉强度的要求比一般壳型铸造要低

2.2.铁型的设计

铁型设计主要从铁模壁厚、覆砂层厚度、射砂孔布置以及排气等方面考虑。当铁水注入铁模覆砂铸型后，在铁模-覆砂层-铸件这三者之间，温度主要降在覆砂层上。铁型在铸件浇 注后要升温，铸件落砂后要降低温度，由于铸件的凝固速度直接影响其机械性能的提高，如本市某企业生产小缸径球铁曲轴，根据曲轴壁厚选择铁模壁厚为25mm，砂层的厚度为5-8mm。另外还要设计好铁型的排气和分型面的排气，曲轴上的射砂孔可以当做排气孔使用，当合箱后要确保气体能从排气道排出。总之设计的铁型要满足一定的强度和刚度，以保证其使用寿命。

2.4.铸件的质量分析

生产小缸径曲轴的铁型厚度采用了25mm，可以有效控制铸件的冷却时间，在冷却速度上优于普通粘砂造型，也使铸件不易出现白口。以往采用砂型铸造的基体珠光体含量少，球墨个数少，废品率高达15%，改采用铁模覆砂造型后，由于金属液冷却速度快，能够使铸件晶粒细小，铸态珠光体球铁基体中珠光体的含量高达90%以上，球墨细化，铸件成品率 大大提高。珠光体球铁具有较高的强度和适当的韧性，铁模覆砂铸态生产的曲轴抗拉强度达到800-850MPa，伸长率达到3%-6%，力学性能也得到了很大的提高。

3.总结

采用铁模覆砂铸造曲轴简化了工艺，能够保证球体基体的珠光体含量达到所需的要求，提高了曲轴的内在质量和性能，生产的曲轴件的形状及尺寸精度高，并且减小了加工余量，覆膜砂用量少，节约了制造成本。铁模覆砂工艺是生产曲轴等轴类零件的发展趋势。

参考文献：

[1]刘文川，梁应雄，刘晓烈.汽车发动机球铁曲轴铸造工艺现状[J].汽车工艺与材料，1994（12）：11～15

[2]李远才等.覆膜砂及制型（芯）技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]周静一.国外壳型铸造覆膜砂应用的新动向[M].铸造工程（造型材料），2005（3）：1-3.

作者简介：江洁（1981.2-），讲师，硕士，主要从事机械专业的教学和研究工作。

基金项目：丽水市公益性技术应用项目（2012JYZB31）