用覆砂铁型铸造工艺生产球铁列车刹车盘

用覆砂铁型铸造工艺生产球铁列车刹车

盘

摘要：本文对各种铸造球铁刹车盘的工艺进行了介绍，并对覆砂铸铁工艺和

粘土砂湿法铸造工艺进行了实验比较。结果显示，粘土砂湿法铸件球有缩孔缺陷，但是球少、球化率低；覆砂铸铁件球化无缩松缺陷，特点是球多、球化率高，经

过大量生产的覆砂铁型工艺，铸件质量稳定。

关键词：覆砂铁型；铸造工艺；球铁；列车刹车盘

汽车底盘的重要安全部件是轮毂球墨铸铁铸件。当前，大部分采用粘土砂湿

法制造，这些部位的热接点分散，壁厚不均匀，而且容易出现缩孔倾向或是缩孔，采用覆砂铁型铸造工艺，对球化等级、铸件效益、粒度、密度等铸件显着改进提

高了铸件的整体力学性能覆砂铁型生产线也提高了工人的劳动力、强度和工作环境，减少制造过程中的环境污染，提高生产效率，满足绿色铸造要求，取得明显

的社会效益和经济效益。

一、覆砂铁型铸造工艺概念

覆砂铁型工艺在模具与铁型（砂箱）内腔之间留有6-10m的缝网，在特定温

度下注入覆膜砂并固化，将覆膜砂包覆在模具的内表面，获得模具型腔，并教导

如何使用这种覆砂铁型铸件。其最大特点是高速冷却，铰链式刚性强，可细化铸

件晶粒，大幅度提高力学性能。型腔去除极其刚性，铁型代替了传统的砂箱，在

铸件的凝固过程中，可以利用石墨化膨胀阶段模具壁的高刚度来实现自补缩，一

个过渡层是覆砂层，由于其厚度，可以通过来改变铸件的冷却速度，可以在适当

的范围内调整。提高冷却速度对缩短珠光体片距和细化晶粒有很大的作用。

二、铁型覆砂工艺特点

首先，铁型（砂箱）顺应产品形状，中间圆周覆砂，厚度为6～10mm，成本低，用砂量少。其次，废砂收集后，送专业厂家回收，完全再利用。无需投资砂

处理设备或场地，环保，成本低。第三，覆膜砂强度高、致密、铸件尺寸精度高、铁型（铸铁）强度和柔韧性高、组织致密、重量轻、加工余量小、铸件自补缩强，工艺良率高，一般无需设置臂口供给。第四，铁型导热快，薄砂涂层，铸件冷却快，粒度小，无需添加过多的贵重合金，易获得较高的力学性能。第五，用覆膜

砂代替湿砂，控制更容易，过程变量减少。人力质量要求放宽，人力成本降低，

废品率降低。第六，缩短铸型/砂芯的烧成时间，提高铸件的凝固/冷却速度，不

易发生变形/开裂，所需砂量减少，很少使用昂贵的专用砂。

三、工艺方案制定

列车的安全部件是刹车盘，必须保证产品的质量。粘土砂高压成型在国外很

普遍，生产率很高。高压成型的浇口杯是在上模上铣切的，浇口杯不能直接安装

在铸件的顶部。由于立管是通过冒口注入的，因此通常使用循环注入系统。铁水

从铸件的外圈散开。在铸件上安装四个保温冒口，并将其置于铸件顶部，作为防

止缩松和缩孔的主要措施。该工艺所用的冒口有保温夹套，但仍为冷冒口，进料

效果不大。由于盘面不与轮毂部分连接，因此没有补缩效果。国内工厂类似铸件

也采用这种工艺，绝缘套价格昂贵，缩松率和缩孔去除率总是很高，铸件成本高，所以不宜采用。根据覆砂铁型设备和粘土砂成型设备的生产条件，制定了以下两

种试生产工艺方案。

方案A：粘土砂湿法铸造工艺。型芯采用148高压微振造型机，工频炉精炼

铁水，覆膜砂热芯盒制芯，铸造过程如图1所示。从浇口杯底部的滤网铁水直接

进入压边，铸造轮毂顶部从压边进入，将冷铁放在铸件的局部热接头上。方案A

冷铁的放置和调整方便，充分利用了注塑冒口系统和现有的成型设备，原型制作

成本低。但在正常生产中，铸模的精度可能会因操作方法和铸砂质量的不同而发

生变化。与方案B（覆砂铸铁工艺）相比，没有防缩松作用，铸模刚性低，铸件

表面质量较高。难以保证铸件的球化率，是因为结晶器冷却速度慢。

方案B：覆砂铁型铸造工艺。覆砂铁模采用现有的覆砂设备制作，采用工频炉精炼铁水，制成覆砂热芯箱芯，铸造过程如图2所示。这与图1中的过程基本相似，去除了边缘毛坯冒口，热金属直接从内流道进入轮毂。方案B在模具和核心制造设备上投入巨资，在改变工艺计划时很难更换模具。力学性能充分利用石墨化膨胀自补缩，高工艺，无冒口，铸件的良率和尺寸精度高。由于铸件有很多筋片，所以需要增加砂芯的强度。覆膜砂芯都采用这两种方法，使用Z8625M水平热芯盒射芯机来射制，同时试制了两种建模方案，确保样品交付。铁水采用低w(Mn)低w(P)低w(S)优质生铁在1t中频电炉中冶炼，位于刹车盘两侧之间，刹车盘的肋条较多，因此壁厚差异较大，供应困难。因此，我们决定尽可能提高碳当量，采用高温熔炼的方法。假设通过加强孕育石墨不会漂浮，在高温下提高浇注方案。

四、试制结果分析及批产工艺确定

四箱（1件/箱）两道工序同时浇铸，同炉浇铸，铁水包覆Y型试块力学性能均达到等级标准。尺寸偏差检测和表面粗糙度结果符合质量要求，但在剖析客户要求的零件后，发现两种方案的球化率和收缩气孔率存在显着差异。为方案A的

铸件经超声波检测收缩气孔，筋条有表面缩孔和内部缩孔。B方案的超声检查和

铸件的解剖没有发现收缩孔隙，两种方案的铸件根据要求的零件进行抽样检查球

化率，结果示于表1，可以看出，方案B与方案A相比，球化率更高，石墨球更多。以上对比表明方案B（覆砂铁型铸造工艺），明显优于方案A（粘土砂型铸

造工艺）的铸造质量。因此，我们选择了B方案，也表示愿意采用方案适量生产，小批量20炉次的样机，经过粗面加工后，进行了超声波和磁粉探伤试验并检查，经过严格测试确认全部合格。之后，我们为量产做准备，增加了新的专用射机、

射芯机等必要设备，完善了覆砂铁型铸造工艺，编制了作业指导书、管理计划和

检验程序，正式量产铸件。

表1 两种方案铸件本体球化率检查结果

五、覆砂铁型铸造工艺发展前景

首先，覆砂铁型铸造工艺车间，资金投入规模小，风险低，见效快，覆砂铁

型铸造生产线占地面积约为静压线的1/3-1/5，投资额约为静压线的1/5-1/10。

覆砂铁型铸造线易于收集和运输，不需要任何砂处理系统，不需要大型铸件冷却

系统或场地。因此。可在30～40左右打开铸件，由于浇注后为40分钟，因此制

造过程很短。其次，覆砂铁型铸造工艺是一种节能降耗、非常环保的铸造工艺。

无固体或液体排放，易于通过环评和铸件准入审查。第三，无论是生产优质灰口