摘要：汽车覆盖件模具的生产中，以铸造合金模具替代锻造合金模具是国内外汽车模具的发展趋势。某些汽车大型覆盖件铸造模具尺寸过大，凝固过程比较复杂，工艺调整困难，研发周期长，技术难度大，其快速制造技术一直是国内外众多大型汽车公司研制和开发的重点。研发中大型覆盖件模具及其快速制造技术，解决制约其研发速度的关键性限制环节是经济效益和社会效益十分显著的工作。
关键词：汽车覆盖件；模具；实型铸造
前言：实型铸造模具具有近终成型性好、生产成本低、加工工时短、高耐磨性、抗疲劳性、抗裂纹扩展能力强等特点。采用实型铸造技术，选择适当化学成分的模具钢进行浇注，得到汽车覆盖件模具铸件，实现了 汽车覆盖件模具的近终成型，并与同化学成分的锻造模具进行磨损实验对比。结果表明：实型铸造法得到的模具耐磨性优于锻造磨具。
1、实型铸造材料的准备
1.1 泡沫模型的制备
采用聚苯乙烯泡沫作为实型材料，在数控铣床上加工制作聚苯乙烯泡沫模型。加工完成后，用精度为1g的电子天平进行称量，依据泡沫与模具钢的材料密度比，计算出相应镶块毛坯质量，估算所需熔炼合金的质量
1.2 涂料的选取
铸造过程中将硅微粉溶解于乙醇溶液中制成硅微粉涂料。模型刷涂料2~3，次风干硬化后即可造型。涂层厚度要尽量薄，涂层要有良好的透气性。
1.3 模具钢成分的选取
经硬度及抗拉强度等力学性能实验，汽车覆盖件模具钢最佳的化学成分配比范围如表1。
2、模具铸造过程
2.1 实型铸造工艺方案的优化
实型铸造汽车覆盖件模具铸件的基本工艺流程：工艺分析设计→造砂箱→熔炼浇铸→落砂清理→近终成型铸件。在浇注系统设计时主要考虑以下因素：
（1）选择适当的浇注速度
浇注速度过快与过慢都会对实型铸件产生很大影响。浇注速度过慢，容易使铸件产生浇不足和冷隔等缺陷；过快会使模型气化不完全。浇注时应使浇注速度略小于模型气化速度。
（2）设计合理的浇主系统
浇注系统应具有良好的撇渣、补缩和排气能力，浇道内不允许出现负压；浇道、冒口、铸件的位置要合理布置，提高金属液的充型能力和浇注后保温能力，热场分布合理。综合各方面因素，本实验以顺序凝固为原则，采用的浇注系统基本设计如图1所示。
2.2实型铸造工艺过程
第一步：将模型称量后估算模具镶块质量，刷涂料，准备造砂箱。第二步：使用 水玻璃砂造型，粒度为50~70目，舂砂并捣实。在砂型上扎气孔，吹CO2气体5min使型砂充分硬化。第三步：当所需铸件尺寸较大时，需要增加砂箱，目的是加高冒口，使铸件最后凝固时无缩孔。第四步：金属熔化与浇注，使用200kg感应炉，依次将生铁、废钢、铬铁、锰铁、钼铁、钒铁、硅铁加入炉中，炉料成分按照优化出的最佳成分配料。熔化40min左右，用聚渣剂聚渣并扒渣。最后用纯铝脱氧，出钢转包，浇注温度为1600℃左右。第五步：浇注完成待冷却后，打箱、清理、喷砂、切除冒口，得到近终成型的模具镶块。
3、磨损实验
汽车覆盖件模具使用中最大的缺点是磨损严重，导致不合格产品率增加，并最终导致生产效率低。为研究实型铸造汽车模具的产品性能，选用同化学成分的Cr12MoV锻造模具作为对比材料，对铸件进行了相关磨损实验。实验过程中，加载载荷为100 N，摩擦距离为1200m。得出不同摩擦速度下模具钢的磨损率、平均摩擦系数和整个磨损过程中摩擦系数的变化规律。由变化规律可知，铸造模具和锻造模具的磨损率都随着摩擦速度的增大而增大，且锻造模具的变化明显。摩擦速度越快，二者的磨损率相差越大。两者的平均摩擦系数相差不大，变化规律也趋于一致，随着速度的增大，平均摩擦系数逐渐减小；从整个磨损过程两者的实时摩擦系数的变化可以看出，在摩擦速度为0.75 m/s的低速状态时，铸造模具钢的摩擦系数出现剧烈波动，随着摩擦速度的增加，摩擦系数逐渐平稳，波动较小，而锻造模具的摩擦系数在整个过程都比较平稳，在高速时有小幅波动。通过在相同实验条件下铸造模具与锻造模具的磨损对比实验得出，铸造模具的磨损率仅为锻造模具磨损率的1/5～1/2，耐磨性明显高于后者。
结语：采用实型铸造法生产新型汽车覆盖件模具，通过选择铸造模样、型砂、涂料浇铸金属液成分等工作，优化铸造工艺方案，并最终生产出新型铸造汽车覆盖件模具铸件。通过与同化学成分的锻造模具做的耐磨性实验得出铸造模具的耐磨性优于锻造模具的结论。
参考文献：
[1] 李用哲编.汽车覆盖件模具设计与制造全过程检验图解[M].机械工业出版社，2010-09.
[2] 杨邦树.汽车冲压模具泡沫实型铸造工艺[M].机械工业出版社，2012-01.
论文作者:张超
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第8期
论文发表时间:2019/7/18
标签：模具论文; 磨损论文; 摩擦系数论文; 铸件论文; 汽车论文; 速度论文; 耐磨性论文; 《工程管理前沿》2019年第8期论文;