大型工程車橋用輪轂縮孔的工藝優(yōu)化

輪轂是工程車底盤的重要零部件之一，是車輛安保件；作為旋轉零部件，輪轂需要有足夠的剛度和強度性能，同時要求有良好的耐疲勞性能；輪轂的材質一般為球墨鑄鐵，球墨鑄鐵的凝固方式為糊狀凝固，雖然在凝固過程中石墨的析出將帶來一定的體積膨脹，但收縮缺陷仍舊是球鐵件最為常見的缺陷；為了確保輪轂鑄件的使用安全性，必須確保輪轂鑄件內部致密，以確保其有效的承載面積。

隨著計算機技術的發(fā)展，鑄造CAE技術得到了全面的開發(fā)和應用，涌現出了MAGMA、華鑄CAE、Anycasting等鑄造模擬軟件；借助于鑄造CAE技術將鑄造充型、凝固過程可視化，并通過CAE軟件的計算分析，不僅可對設計工藝存在的問題和結果進行預判，還可以輔助確認優(yōu)化工藝的結果是否能夠達到預期效果。

本文所述輪轂是45t大型工程車橋用，產品結構如圖1所示，輪廓尺寸Φ482x275mm，鑄件單重為89.7kg，鑄件模數Mc=1.65cm，熱節(jié)位置節(jié)圓直徑54mm，質量周界商19.71kg/cm³。

（1）技術要求

材質性能要求為QT550-6，鑄件不允許有存在影響使用性能的夾渣、氣孔等缺陷，產品截面致密度要求滿足ASTM E446 CC3。

（2）生產條件

該產品在我司有箱靜壓造型線生產，砂型硬度平面可達90-95（B型硬度計），有效砂箱尺寸為1000x850x220/300mm，半自動澆注機澆注，5套1.2t中頻感應電爐，砂芯為覆膜砂機器制芯，采用喂線法球化工藝，孕育工藝采用包內孕育、轉包孕育+澆注隨流。

原工藝介紹

該輪轂澆冒系統(tǒng)工藝設計如下圖2所示，由于型板尺寸受限，工藝布局一型2件，采用4只Φ110x190mm熱冒口補縮，冒口為熱暗冒口，冒口頸設置在輪轂最大截面法蘭盤，冒口與鑄件距離20mm。

存在問題

采用該生產工藝生產的輪轂鑄件，冒口去除后，冒口頸致密，經過剖切發(fā)現熱節(jié)位置存在較為嚴重的縮孔缺陷，缺陷主要集中分布在側冒口附近區(qū)域；觀察缺陷形貌。

形成縮孔缺陷的原因分析

• 化學成分
• 澆注溫度
• 鑄型硬度
• 補縮工藝設計不合理

試生產驗證

按照優(yōu)化后工藝首先進行了1爐4箱的試制驗證，冒口頂部可見明顯的補縮凹陷，冒口去除后，冒口頸致密，對鑄件進行了“十字形”縱剖并橫剖的切檢，鑄件內部致密。隨后又進行了小批量5包的連續(xù)試生產驗證，冒口去除后，冒口頸致密，目前具備批量供貨能力。

小結

球墨鑄鐵輪轂因其糊狀凝固特性，鐵液自身的收縮傾向較大，石墨化膨脹自補縮利用程度低，對于致密度要求高的鑄件而言，應該加強補縮；同時也需要結合鑄件具體的結構特點，選擇合適的補縮工藝措施，可以使鑄件內部實現致密；

隨著鑄造、生產設備技術的發(fā)展和汽車輕量化的需要，汽車零部件孤島熱節(jié)的設計越來越普遍，但對產品致密度的要求逐步提高，發(fā)熱冒口因其補縮效率高、補縮距離大、金屬液利用率高等優(yōu)點，越來越多地應用到高端鑄件的生產中，尤其是點補縮高發(fā)熱冒口的開發(fā)對于存在大熱節(jié)和局部孤立熱節(jié)的高致密度要求的鑄件有很好的補縮效果。