汽车转向节铸件在DISA线上的开发生产

陈 凯，万修根

（江铃汽车股份有限公司铸造厂，江西南昌 330001）

汽车转向节是转向桥上重要零件之一，其作用是传递并承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向[1]。我厂主要为总公司部分车型提供球铁材质（QT450-12）的转向节类铸件，图1和图2是比较典型的两种转向节。N序列转向节开发初期在Z148造型线上生产，因人员、工艺和产能等因素影响，迫使N序列转向节必须在DISA线上进行工艺开发。

1 汽车转向节铸件的特性与要求

汽车转向节属于安保件，对缺陷、金相组织及力学性能要求较高，为配合在汽车上所起的作用，转向节需设计成复杂的形状，且对形状、尺寸及位置精度要求较高，而且壁厚不均匀，具体要求如下：

1）铸件不允许有裂纹、冷隔等影响使用的缺陷，加工基准凸台不允许有凸瘤、涨砂、毛刺。要求铸件毛刺、披缝高度≤1 mm；

图2 N系列转向节

2）机械性能：本体试棒检测，抗拉强度σb≥450 N/mm2，屈服强度 σ0.2≥310 N/mm2，延伸率 δ≥12%，本体硬度HB 160～210（本体规定部位）；

3）金相组织：在铸件规定部位截取金相试片，其金相组织球化等级不低于3级；

4）铸件加工后进行荧光渗透探伤。

2 汽车转向节在DISA线上的工艺方案

为了提高生产效率，确定N序列转向节为每型2件的工艺方案（见图3）；根据我厂DISA造型线型号和型板的尺寸，此方案突破了DISA手册对模板有效面积（模型和浇注系统覆盖的面积）和型板四周吃砂量的限制，为此采用曲面随形分型；并根据N序列转向节的对称结构特点，模样摆放为左右转向节各一件，同时采用连体砂芯工艺（见图4），有效地提高了DISA线型板面积和砂芯覆膜砂的利用率；浇注系统采取顶注半封闭式，即先封闭后开放，先封闭有利于挡渣，后开放有利于补缩，同时减少了浇冒系统占型板的面积。

图3 DISA线汽车转向节型板布置图

图4 汽车转向节连体芯工艺方案

3 汽车转向节在DISA线上生产存在的问题及解决对策

从汽车转向节的结构及技术要求的特殊性分析，此类铸件并不合适垂直分型生产，所以开发初期存在着一些质量问题。

3.1 转向节摆臂变形

DISA线是无箱挤压造型线，砂胎在铁水浇注过程中会受到较大的热膨胀而开裂，同时该转向节在DISA线上的铁砂比较大且型板四周吃砂量又过小，受浇注过程中的热膨胀和冷却过程中的热收缩影响，独立于铸件本体外侧的摆臂极易变形，加工时因变形而导致摆臂凸台两侧加工余量不均匀，严重时出现加工不光的情况。

解决方案：摆臂处增加框架拉筋，将摆臂与铸件本体部分连接成一个整体（见图5），避免了摆臂单独受到热膨胀和热收缩而变形。

3.2 减震器孔加工后存在缩孔缺陷

图5 摆臂拉筋

汽车转向节在垂直造型线生产的缩孔倾向比水平造型线缩孔倾向大，且一些独立热节处无法用常规工艺手段解决，开发初期该转向节减震器加工钻孔后缩孔缺陷比例高达25%，缩孔形态如图6所示。生产过程中通过调整铁水成分、浇注温度和铸型硬度等方式均未有效解决。减震器孔形成缩孔的主要原因是该位置存在独立的热结，且不便设置冒口，既使设置也因热节过远而补缩效果不好[2]。在此情况下，一般在容易产生缩孔的位置放置冷铁、设置工艺芯和增加补贴等方式来解决缩孔问题，但这三种方式都会对生产产生不利影响，同时增加生产成本和操作工序。

图6 转向节减震器缩孔形态

解决方案：通过在浇道上设置冒口包，再由冒口包处通过一种薄片式冒口颈对铸件热节处进行补缩。薄片式冒口颈可以做成分段式梯形形状，在有效补缩的前提下，尽可能减薄冒口颈，可以方便去除冒口和减少打磨量（如图7）.通过改善，该转向节减震器加工钻孔后缩孔缺陷被消除。

3.3 夹渣和微小冷隔纹路缺陷

转向节是汽车关键安保件，该转向节在加工后需进行100%的荧光渗透探伤（采用荧光渗透液，在紫外线照射下通过激发出的荧光观察缺陷痕迹的渗透探伤），开发初期该转向节荧光渗透探伤不合格率为10%，不合格零件的主要缺陷表象为非加工面的夹渣和微小冷隔纹路，如图8所示。

图7 薄片阶梯冒口颈对铸件独立热节补缩示意图

图8 荧光渗透探伤不合格零件

该转向节采用顶注式浇注方式，通过利用magma铸造模拟仿真软件对该工艺进行充型流场模拟，发现浇注过程中铁液存在流动不平稳的现象，内浇口附近存在垂直涡流，充型后期冷铁液汇聚到轮毂轴承孔附近，铸件冷却后产生夹渣和微小冷隔。

解决方案：将原单边模板上的内浇道平均分配到正反两个模板，同时将内浇道与铸件连接部位的圆角增加，调整铁水的充型方向，避免了铁液的涡流情况；同时针对轮毂轴承孔附近冷隔情况，采取排冷铁工艺（见图9），通过改进该转向节荧光渗透探伤不合格率小于0.2%.

图9 轮毂轴承孔固定位置排冷铁

4 结论

1）针对转向节缩孔缺陷，摸索出一种薄片阶梯式冒口颈的补缩工艺，不仅解决了转向节的减震器孔缩孔缺陷，而且减轻了铸件清理的工作量；

2）当铁砂比较大且型板四周吃砂量过小时，通过增加摆臂拉筋的方式可以解决转向节摆臂变形的问题；

3）通过调整内浇道位置和尺寸来改变铁液流向，同时采用排冷铁的方式消除了夹渣及冷隔缺陷，提高了转向节荧光渗透探伤的合格率。