消失模铸造模具A201变速箱

铸 造 模 具 的 研 究 和 应 用1 铸造模具的优点及对铸造模具的要求1. 1 铸造模具的优点(1) 降低模具成本传统方法制造的模具通常需要耗费大量的机加工工时 ,模具费用也多集中在机加工工序上。 而铸造模具制造技术则充分利用了液态金属成型性好的特点 ,直接铸成各种复杂曲面的模具 ,大大降低机加工量 ,模具成本也相应降低。此外 ,传统机加工模具制造过程中,由于锻造或切削而使得相当数量的模具钢成为料头或刀屑 ,降低模具钢的利用率 ,增加模具成本。而铸造模具只需增加必要的浇道、浇口及冒口补缩量 ,材料耗费低于机加工模具 ,因而也降低模具成本。 铸造模具成本比机加工模具成本降低了 10% ～ 20% 。 对于多批量生产来说 ,铸型可多次使用 ,因而模具成本中还减去铸型成本 ,将进一步降低铸造模具成本,其成本可降低 40% 左右。(2) 缩短模具制造周期尽管铸造模具需制备铸型 ,但由于模具钢不需轧制或锻造, 同时大大减少了机加工量 ,因此仍然节省了工时 ,缩短了模具制作周期。 前苏联铸造热锻模的实践表明 ,采用铸造方法生产锻模可将制造工作量减少 50% ～ 80% 。(3) 选材自由度大与机加工模具相比 ,铸造模具的选材自由度更大 ,基本上不受材料加工性能(如可切削性)的限制 ,可选用更强更韧的材料作为模具材料。 1. 2 铸造模具的要求(1) 高精度模具的准确性不仅指模具尺寸的准确 ,同时还包括较高的表面质量和完整的型腔细节。 与机加工模具相比 ,影响铸造模具精度的因素更为复杂 ,如模具材料的铸造性能、浇铸温度、铸型内表面精度以及铸件冷却收缩量的不确定性等 ,尽管如此 ,随着近年来铸造技术的不断发展 ,许多精密铸造技术已能满足铸造模具所提出的精度要求,特别是对尺寸要求不太严格的模具 ,如装饰玻璃模具、塑料玩具模等 ,都有望不经机械加工而直接使用,即使对于型腔复杂、尺寸精度要求高的一些锻模、压铸模具等 ,也仅需要少量的机械加工。(2) 长寿命尽管铸造模具可以缩短模具制作周期及制作成本,但如果铸造模具的使用寿命过低的话 ,从价格性能比来看仍然是没有优势的。 因此 ,如何提高铸造模具的使用寿命 ,是影响铸造模具推广使用的重要因素。2 铸造模具成型方法2. 1 熔模铸造熔模铸造适合于铸造形状复杂的小型精密模具。 具有尺寸精度高、表面粗糙度低的优点 ,铸件尺寸精度可达到 CT4～ 7级 , 表面粗糙度可达到 Ra 1. 6～ 12. 5μm,采用该方法生产的铸造模具已在许多国家得以应用。我国某厂生产的汽车离合器盖热冲模 ,模具型腔复杂 ,精度要求高 ,模具机加工量大 ,而采用熔模精密铸造 ,所得模具型腔表面光洁 ,磨削余量仅为 0. 5～ 1 mm。 原苏联利哈乔夫汽车厂采用熔模精铸法铸造压铸模的镶嵌件,美国 Domero n合金铸造厂用熔模铸造制造玻璃模具 ,都获得了很好的效果。2. 2 陶瓷型铸造陶瓷型铸造是最重要的铸造模具制造方法。 该方法所得铸件尺寸精度好 ,可达CT5～ 7级 ,表面粗糙度低 ,可达 Ra 3. 2～ 12. 5 μm,且投资少 ,投产快。从 50年代起 ,英国、日本、美国、前苏联等国家就对陶瓷型铸造方法生产铸造模具进行了广泛而深 入的研究 ,并成功地推广应用了许多铸造锻模、铸造压铸模等。英国利兹大学的 P. R. Beely等人[3 ]采用陶瓷型铸造方法铸出了万向节叉锻模。 万向节叉是汽车底盘上一个重要的传动部件 ,其产品质量要求较高 ,且形状较为复杂 ,该铸造模具的使用寿命为 10 250次 ,而采用传统机加工方法生产的模具使用寿命为 7 000～ 8 000次。表 1列出了日本的 T. Mur aao等人研制生产的几种陶瓷型铸造铝压铸模具的使用寿命。 实践结果表明 ,铸造模具价格较机加工模具低 ,同时还有制造周期短、节约金属材料等优点 ,有推广使用的价值。 表 1 几种陶瓷型铸造铝压铸模具的使用寿命               美国某公司曾采用陶瓷型铸造法生产曲轴锻模 ,该公司的生产实践表明 ,该锻模的使用寿命比同类机加工锻模的使用寿命高 50% ～ 70% 。该公司生产的铸造刨煤镐锻模 ,其使用寿命比 同类锻模的使用寿命高 75% 。我国一些单位从 70年代开始就用陶瓷型铸造方法生产柴油机摇臂锻模、风扇压铸模、果盘玻璃模等 ,型腔只经钳修即可 ,大大缩短了制模周期 ,成本比机加工模降低一半左右。 最近 ,上海大学采用陶瓷型铸造法成功浇注了桑塔那轿车汽缸盒模具 ,表面粗糙度为 Ra 1. 25～ 5μm,尺寸精度为 0. 35 mm /100 mm,各项指标均达到要求 ,完全可以替代进口模具 ,而成本仅是进口模具的 1 /4。3 铸造模具钢铸造模具材料包括锌合金、铝合金、铜合金、铸铁、模具钢等 , 由于模具钢材质的热锻模、压铸模的使用寿命更引人观注 ,且模具钢在铸态及锻态时性能差异较大 ,因而目前关于铸造模具材料的研究多是针对铸造模具钢来进行的。 铸造模具钢不仅要有优异的使用性能 ,同时还要有好的铸造性能 ,以成型各种线型复杂的模具。3. 1 铸造性能锻模、压铸模的形状尺寸一般都较为复杂 ,因而要求铸造模具钢必须有足够好的铸造性能 ,以保证成型模具能得到完整的形状及较高的尺寸和表面精度。 然而遗憾的是 ,多数锻造模具钢都是低碳中、高合金钢 ,模具钢流动性较差 ,且缩松、缩孔倾向大。如目前广为使用的 H13钢 ,其流动性能一般 ,缩松、缩孔倾向较大 ,由于 Cr含量较高 ,铸造表面易出现麻点。有鉴于此 ,日本采用往高碳工具钢 (如 SK3钢 )中加入 Cr或 Cr, Mo , V元素的方法 ,既利用高碳钢优异的铸造性能 ,又加入足够的合金元素以保证模具钢的力学性能 ,用该钢种铸出的模具具有较高的精度 ,然而经过实践发现 ,该铸造模具钢中的先共晶碳化物极易沿晶界长大 ,导致模具较早失效 ,其价格性能比高于传统机加工模具。 之后又往 SKD61(H13)钢中加入 Ni以改善模具钢的性能及冲击韧性。 研究结果表明 ,加 Ni的 SKD61钢浇铸的模具不仅具有光洁的表面 ,而且冲击韧度也有提高。3. 2 力学性能从铸造模具的使用情况来看 ,铸造模具常在使用过程中因脆性断裂而报废 ,其原因主要是由于铸造模具钢与锻造模具钢的材质差异而引起的。铸造模具钢未经过轧制或锻造处理 ,因而保留了铸钢凝固过程中出现的偏析、缩松、缩孔以及晶粒粗大等缺陷 ,从而使铸造模具钢的力学性能普遍低于锻造 (或轧制)模具钢。 表 2是一些模具钢在铸态和锻态时的力学性能对比 ,从表 2可以看出 ,模具钢在铸态时的强度与锻态接近 ,但韧度相差较大 ,因此在使用过程中模具易出现脆断而导致报废。表 2 一些模具钢在铸态和锻态时力学性能对比 70年代末 , P. R. Beely等人在研究陶瓷型精铸模具时 , 就对铸造模具钢进行了较为深入的研究。 他们采用往韧性较好的马氏体时效钢基体加入碳化物进行强化的方法进行了系列试验研究 ,取得了较好效果。 该类模具钢只需经过简单的热处理 ,就得到 550 HV的硬度 ,并且冲击韧度不低于传统的模具材料 , 尺寸稳定性也相当好 ,收缩小于 0. 09% ,且各相同性。前苏联也对铸造模具钢进行了深入研究 ,他们通过往钢中加入稀有金属和稀土元素进行微合金化 ,以及用氮化钒强化 ,促进组织细化等方法 ,成功开发出一系列铸造模具钢。武汉机械工艺研究所在 80年代也研制了 ZDM1, ZDM 2, ZYM2型热作模具钢。在相同的条件下 ,采用该钢种制造的锻模寿命比 5CrNiMo机加工模具的寿命提高了 50% 以上。最近 ,吉林工业大学的姜启川等人采用优化成分设计、变质处理等手段开发了一种铸造热锻模具钢 ( JCD钢 ) ,其成分: WC 为 0. 1% ～ 0. 5% , WCr为 0. 1% ～ 0. 5% ,W Mo为 0. 3% ～ 2. 0% , WSi < 0. 4% , W Mn < 0. 4% , 加 入一 定量 的变 质 剂。 传 统的 锻 造 5CrMnMo钢热锻模使用寿命为 2 500～ 3 000件 ,而用 JCD钢铸造而成的锻模使用寿命为 5 800件。4 对铸造模具的一些建议4. 1 研制适合于铸造使用的铸造模具钢当前使用的铸造模具材料 ,多是为锻造使用而设计的 ,没有考虑到铸造缺陷对模具钢性能的影响。 尽管目前已出现一些使用成功的铸造模具钢 ,但从种类、质量、数量上来说都有待进一步提高 ,特别是在稳定铸造模具钢力学性能的同时 ,如何提高铸造模具钢的铸造性能 ,这对铸造模具的推广应用具有重要意义。4. 2 提高模具铸造精度 ,降低模具铸造成本要获得高精度的铸造模具 ,首先应有高精度的铸造方法 ,但目前国内一些单位的精铸技术尚不过关 ,铸造模具精度较低 ,从而影响了模具的使用推广 ,这有待广大铸造工作者不断改进。 此外 ,模具精度的提高还需要模具设计、熔炼、模具加工、热处理等各个部门的通力配合。5 结束语采用铸造方法生产模具是一项很有发展前景的模具制造技术 ,但该技术在我国的研究应用仍然比较缓慢 ,其原因主要是与铸造模具相关的一系列技术问题尚未得到很好解决 ,如铸造技术不过关、铸造模具钢性能较差等 ,这也是有待铸造工作者、材料 研究人员通力解决的课题。 随着研究的深入及人们对铸造模具认识的加深 ,采用铸造方法生产模具一定会获得广泛的应用。