改善汽车覆盖件冲模实型铸件质量的措施

改善冲模实型铸件质量的措施
摘要:本文总结了一汽集团模具中心采用实型铸造技术生产汽车覆盖件冷冲模铸件的实践经验，论述了进一步改善冲模实型铸件质量的主要措施，提出了努力方向。

关键词:汽车覆盖件冲模实型铸件质量改善措施
1 前言
众所周知，汽车覆盖件冷冲模的制造周期和精度，对于汽车换型周期和生产优质汽车有着极其重要的意义。

而冲模铸件的生产周期和质量好坏，对于冲模制造周期和质量,降低成本有重要影响。

八十年代初,一汽打算采用实型铸造技术生产冲模铸件，并着手进行工艺试关攻关队，吸收各方面的技术人员参加实验，但未能成功。

为了尽快上这一先进技术，向国外遣进修生，带回了整套技术。

总厂组成了由各专业技术人员参加的攻关队，根据国外的先进工艺进行实验，于1986年底获得成功。

1988年至1989年进行试生产同时对铸铁车间进行大规模的技术改造，建立了2个聚苯乙烯泡沫塑料模型制造阵地，并扶持一个协作厂家上实型铸造。

从1990年开始进入批量生产，在CA150P汽车、CA141右置方向盘、CA6440厢式车、奥迪轿车国产化、捷达轿车改型、轻型车、微型车及金杯汽车、松辽汽车的冲模生产上全面采用实型铸件，使冲模生产面目一新，取得了显著的技术经济效益。

从铸件生产角度上看，简化了工序，减轻工人劳动强度，节省制模工时1/3至3/4,造型工时1/3至2/3；节省大量木材(每吨可节省。

0.5-1M木材)；铸件尺寸精度明显提高,表面质量和内在质量显著改善；生产成本大大降低,缩短生产周期。

从模具生产角度上看,生产准备时间至少提前一个月；在制模过程中容易更改设计和制作上的差错；刻在铸件上的冲模中心线和水平找正线清楚地复制到铸件上，方便了划线和机械加工；加工余量从木模铸造的20至30MM甚至50减少到5至12MM，节省大量的机加工时，型面加工工时节省1/2以上；减轻冲模重量20至30%。

要生产具有国际先进水平的冲模，就得有国际水平的冲模铸件。

但是，目前我们国内的铸件比较先进国家的实型铸造铸件，质量上还有不少差距，有待我们采取切实可行的措施。

2 存在铸件质量问题的主要原因
目前国内的冲模铸件与先进国家的冲模铸件的差距主要表现在：表面不够光洁，有的粘砂、夹砂、包砂，有的皱皮多，有的有冷隔性裂纹，个别的有砂眼和硬质点，有的尺寸精度差，有的加工余量偏大，标记不全，有的内外倒角未作出，有的铸件在非加工面上设置内浇口，造成疤痕等等。

要找准原因必须抓住实型铸造的本质，结合生产实际，对实型铸造的全过程进行逐项分析。

2.1 实型铸造的基本原理与主要原因
实型铸造是用聚苯乙烯泡沫塑料制造模型，埋入型砂中进行浇注,模型遇热气化而去，金属液取而代之，获得各类铸件的先进铸造技术。

由于模型气化而消失，实型铸造也被称谓“气化模”铸造或“消失模”铸造。

这一气化过成是一个很复杂的物理的和化学的变化过程。

聚苯乙烯泡沫塑料是一种碳氢化合物，按其重量，含碳89.8%、氢8%、硫0.18%、氮0.21%、其它约1.8%。

一般说法是含有92%的碳和8%的氢。

这种材料在浇注过程中，在金属液的热作用下，经过软化-收缩--由固体变液体--液体气化--气体由大分子分解成小分子--由小分子再分解成更小的分子，产生大量的气体。

在浇注铸铁件的情况下1kg泡沫塑料产气约1万升。

这些气体一方面阻碍金属液的流动，一方面同过模型的耐火涂料层，型砂,砂箱排泄出去。

来不及完全气化的液体，一部分随气体排泄到型砂中，来不及被排泄的剩余部分被烧结成固体残留物粘附在铸件表面上，形成表面缺陷。

除聚苯乙烯泡沫塑料气化之外，模型粘结剂涂料和型砂中的树脂都要燃烧气化，还有水分蒸发。

所有这些气体都要通过涂料、型砂、砂箱排泄出去，对涂料、型砂提出了很高的透气性要求，对砂箱提出了通气孔和规格方面的要求。

因此，在浇注过程中，如何实现气化迅速彻底，而且产气量少，如何使气体迅速排泄出去，是贯穿于实型铸造全过程的获得优良铸件的关键所在。

这个问题涉及到模型材料(聚苯乙烯泡沫塑料、模型粘接剂、胶纸带)的选择，涉及到铸件结构尺寸，涉及到模型制造，涉及到模型检查，涉及到耐火涂料、型砂、砂箱，涉及到造型方法，涉及到浇注系统，浇注温度和速度。

简言之，它涉及到几乎所有过程。

2.2 实型铸造的主要工艺过程
实型铸造的主要工艺过程见图1。

图1 实型铸造主要工艺过程
2.3 目前实型铸造铸件常见缺陷的主要原因
⑴.聚苯乙烯泡沫塑料的性能不好，比国外的相比有很大差距，这是影响实型铸件的主要因素之一。

⑵.制模设备比较落后，刀具品种少，缺少量具和胎具，有些制模厂家还停留在原始作坊水平上，不仅没有数控铣、仿型铣、三座标测量划线机，连最起码的细木工带锯机、万能铣床、刨床都没有，怎能作好模型呢?
⑶.制模工艺比较落后，制模不够精心，未按图纸工艺标准制造。

一些厂家处在粗制褴造。

⑷.模型检查比较粗糙，漏检严重，导致形状尺寸错误的模型流入造型浇注工序。

⑸.浇注系统设计方面有严重问题，比较保守，导致铸造缺陷。

⑹.造型不够精心，浇注温度和速度上还有一些问题。

⑺.铸件清理不够彻底，个别厂家没经认真清砂，抛丸和退火处理把铸件送到用户。

⑻.对实型铸造用的制模材料和铸件质量方面尚无行业和国家标准。

⑼国内冲模实型铸造，厂家少，尚无形成买方市场，缺少竟争，也是重要原因。

3 目前改善铸件质量的主要措施
3.1 选好聚苯乙烯泡沫塑料
不同于木模铸造的是，在实型铸造的过程中模型与金属液相互作用。

这是一个极为复杂的物理和化学变化过程。

因此模型材料的性能好坏对铸件的质量影响极大。

3.1.1 在保证强度的前提下尽可能采用低密度的泡沫塑料。

在一定的浇注温度条件下，密度与产气量成正比，密度越大，产气量越多。

产气量越多，对模型耐火涂料、型砂、砂箱的透气性要求越高。

当无法满足这些要求时，就会增加对金属液的阻力，影响浇速度，造成浇不足或冷隔等缺陷。

在实型铸造浇注过程中既有吸热反应，也有放热反应，但整体来讲是吸热的。

产气量越大金属液的热损失越大，容易产生冷隔和浇不足的缺陷。

因此，浇注温度要比木模铸造高一些，但是不能过高。

若用过高的浇注温度使较大密度的模型彻底迅速气化，决不是好办法,而且是很有害的。

最好的办法是尽可能采用低密度的聚苯乙烯泡沫塑料。

根据国外和我们的经验采用16-19kg/m 的聚苯乙烯泡沫塑料为宜。

3.1.2 颗粒要细而均匀致密无缝隙
聚苯乙烯泡沫塑料是由聚苯乙烯珠粒经发泡而制的的。

聚苯乙烯珠粒经发泡后变成原体积的50倍左右。

一般来说要得到较小颗粒的泡沫塑料就得采用较小颗粒的聚苯乙烯珠粒。

较大颗粒的泡沫塑料强度低,表面光洁度差，被用来制造实型铸造模型是不适宜的。

据美国富康公司讲实型铸造能够获得的最小辟厚是泡沫塑料颗粒直径的3倍。

颗粒之间的熔结不致密有空隙，那么模型和铸件表面会出现很多小麻点，严重影响模型和铸件表面光洁度，颗粒直径最好控制在φ1-2，能够保证模型和铸件的光洁度。

3.1.3 要经过充分干燥做到无水分
刚发泡成型的聚苯乙烯泡沫塑料含有大量的水分，如果不经过干燥处理就投入制模，无法制造表面光洁的模型且模型制造完成后产生变形，在浇注时增加发气量，对
浇注不利。

3.1.4 气化温度要低，气化迅速彻底，无灰粉，无杂质，不留残留物。

3.1.5 规格型号要全，运输路线短。

3.1.6 一汽在实型铸造工艺实验研究时期采用的聚苯乙烯泡沫塑料同日本国际铁工采用的聚苯乙烯泡沫塑料性能比较详见表2。

表2 聚苯乙烯泡沫塑料的性能比较
注: 我国同日本的测试标准不同,仅供参考。

从一汽的使用情况看在国内尚未找到象日本国际铁工使用的那样好的聚苯乙烯泡沫塑料,但是我厂1986年用过的北京泡沫塑料厂的聚苯乙烯泡沫塑料性能最佳。

尽管众多厂家都要生产出实型铸造用的材料,但进步不大。

3.2 选好模型粘接剂
在制模过程中加工和粘接是交替进行的。

因此粘接剂的性能好坏对模型强度,制模周期,铸件质量影响较大。

前一段一汽研制单组分胶和双组分快干胶应用于制模上取得了很好的效果。

这两种胶各有特点,互为补充,令人得心应手。

表3 单组分胶和双组分胶的比较
3.3 采用先进的制模设备
制模设备的优劣对制模精度,周期有很大影响。

我们应采用如下设备:
a)木工平刨床
b)高精度的电阻丝切割锯床
c)移动式工作台圆锯机床
d)不同型号的细木工带锯机床
e)磨床
f)木工车床
g)万能铣床
h)带有铸造缩尺的仿形铣床
i)数控铣床
j)三座标测量划线机
3.4 精心制模
制造上问题最多是带有复杂曲面形状的模型制作,型面形状不对,厚度不均匀,这类问题主要表现在拉延模的凸凹模模型,顶出器,压板槽,镶块等模型。

有的有的漏粘内圆角。

有的不倒外圆角,甚至对起重耳等接触钢丝绳的部位也不倒角,更不打磨成光滑圆角。

多数模型该走砂板的也不走,造成铸件表面不光滑。

除了技术水平低外,责任心差所造成的。

3.4.1 手工加工型面的模型制造
手工加工型面的模型制造经过如下工艺过程,其效果较好(详见表4)。

图2 手工加工型面的模型制造主要工艺过程
3.4.2 仿形加工(或NC加工)型面的模型制造
图3 仿形加工(或NC 加工)型面的模型制造主要工艺过程
3.5 反复检查模型
模型检查是一项极为重要的工作。

模型一旦浇注成铸件,
即使发现了冲模设计和模型制
作上的差错也很难改。

现在国内的一些厂家的模型检查仍然停留在过去木模检查的水平上，采用高度尺、钢板尺、大概检查，漏检很多，使不合格的模型流入造型浇注工序，造成不良品。

如果铸件检查员再次漏检，这些不良品就流入模具生产的机加工序。

我们应该采用国外的先进的检查方法，切实加强模型检查这一薄弱环节，使冲模设计(结构尺寸错误，不符合铸造工艺要求，不符合冲模机加工艺要求的)差错和模型制造上的绝大部分问题在模型检查环节上得到解决。

我们应采用如下检查步骤：
第一步骤:结构检查；
第二步骤:尺寸检查；
第三步骤:从铸造工艺角度上检查；
第四步骤:从冲模机加工艺角度上检查；
第五步骤:从整套模具工作角度上检查（冲模设计者为主进行检查）；
第六步骤:从冲压工艺角度上检查（冲压工艺设计者为主进行检查）。

3.6 搞好浇注系统设计
浇注系统的好坏对于金属液能否平稳迅速充型，避免冷隔、浇不足、表面皱皮、粘砂、夹砂、内在质量、金属出品率、浇注时烟气的多少，有重要影响。

实型铸造能够采用灵活多样的，较好的浇注系统。

这是因为，能够采用低密度的聚苯乙烯泡沫塑料做内浇口、横浇道、直浇道和冒口。

在这种情况下仍旧照搬木模铸造的浇注系统是不应该的。

但是国内的一些厂家依旧采用落后的甚至是错误的浇注系统，导致很多铸造缺陷：有的产生冷隔甚至是冷隔性裂纹，有的产生浇不足等缺陷。

有的厂家"改"得连耐火材料打的浇口杯也不要了，用树脂砂打浇口杯，造成金属液带进大量的砂子，形成砂眼。

有些人仍旧采用明冒口，导致浇注时产生大量黑烟，影响补缩效果，降低金属出品率。

我们应该学习国外的先进的经验，采用科学的浇注系统。

浇注系统采用开放式，国外有些厂家采用直浇道、横浇道、内浇道截面比例为1：2：3，采用上雨淋式或上下雨淋式相结合的阶梯式浇注，浇得了很好的铸件。

一汽于1986年采用雨淋式成功地浇注了CA150P后侧围内板修边冲孔模的上底板。

实型铸造中的冒口只起补缩和积渣作用，不起排气作用，浇注时设置在最上方的冒口最后见金属液。

因此设明冒口不仅没有必要，而且是错误的。

这是因为明冒口冷却较快，影响了补缩作用，要提高补缩作用就必须加大冒口和数量，造成金属浪费。

由于聚苯乙烯泡沫塑料易于加工，能够采用补缩效果很好的球形冒口。

3.7 精心造型认真浇注
由于实型铸造省去了起模、修型、制芯、烘芯、下芯等工序，使得整个造型工作大为简化，比木模造型简单得多。

但由于实型铸造模型比木模软得多，,需要精心操
作。

防止模型损坏的措施有四：一是在造型之前,用聚苯乙烯泡沫塑料块填充模型内腔，以免在造型时变形，压坏；二是使砂子均匀上升；三是当砂子将模型掩埋一定高度后人方可上去操作，以免踩坏模型；四是采用边造型边预埋钢筋的方法。

在造完型后扎排气孔，容易扎坏模型。

防止粘砂、包砂与造型有关的措施有三：一是对不易紧实处事先用手紧实；二是注意保护耐火涂料层；三是填充在模型内腔的泡沫塑料块有效地阻止模型顶部的型砂流入内腔。

改善透气性与造型有关的措施有三：一是砂箱大小适宜，砂箱辟有许多小孔，以便排气和预埋钢筋；二是适当采用背砂；三是预埋钢筋时与模型的距离保持均匀，待砂型初步固化后拔出。

实型铸造对型砂提出了较高的要求：
采用水玻璃砂，发现粘砂比较严重不宜采用；采用水泥砂，仍能获得质量很好的铸件，且成本低，易操作，如日本国际铁工；树脂砂的性能很好，但掌握不好仍能出不少问题，成本较高。

浇注温度不宜过高。

国外一些厂家认为浇注铸铁时浇注温度控制在1320-1380 为宜。

过高的浇注温度容易导致产气量激剧增加，造成表面粘砂，积碳等缺陷。

浇注速度控制在80-120KG/秒为宜。

3.8 搞好清理和时效处理
实型铸造使清理工作大为简便。

但是目前国内的一些实型铸件的清理工作做得很不够。

需要加强这方面的工作。

3.9 制定和贯彻行业技术标准
有必要制定和贯彻<冲模实型铸造标准>，使聚苯乙烯泡沫塑料厂家、粘接剂生产厂家、胶纸带生产厂家、模型制造厂家、铸造成厂家、模具厂家有章可循，切切实实提高国内冲模实型铸造的水平。

3.10 其它
进一步扶持实型铸造厂家上水平、上能力；帮助愿上实型铸造的大型铸造厂进行技术改造，使更多的厂家加入模具铸件生产行列，形成买方市场，促进冲模铸件质量的提高。

注: 本文曾在第九届全国汽车车身制造技术研讨会(柳州,1996.5)上发表并被评为优秀论文二等奖。