消失模鑄造汽車模具及五金沖壓模具的應用實例(中天李潤生)

1、消失模鑄造汽車模具及五金沖壓模具的應用實例陳永成 李潤生（佛山市順德區(qū)中天創(chuàng)展球鐵有限公司，廣東 佛山512031） 消失模鑄造被譽為“21世紀的鑄造工藝革命”和“最值得推廣的綠色鑄造工程”，具有鑄件精度高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)清潔及工藝過程簡化等傳統(tǒng)鑄造方法無可比擬的優(yōu)點，適用于制造各種不同材質(zhì)和不同大小的復雜鑄件，尤其在汽車模具及五金金屬板材沖壓成型模具上的應用愈益廣泛，另外其中有些結(jié)構(gòu)與形狀太過復雜的模具用傳統(tǒng)砂型鑄造方法幾乎不能鑄出，從而顯示出消失模鑄造工藝的強大優(yōu)勢。近幾年來，中天創(chuàng)展球鐵公司已為廣州慶成金屬工業(yè)公司，東莞久和模具有限公司，順德科龍模具公司等模具制造廠家提供了大量汽車覆蓋

2、件及五金沖壓件鑄造模具，總鑄出量近萬噸。一 消失模鑄造的基本方法消失模鑄造是用易于加工成型的汽化泡沫模代替鑄模，放入砂箱里進行填砂緊實造型，模樣不取出，直接澆注金屬液把泡沫模在鑄型里燒失而得到理想鑄件的近凈成型工藝。目前主要有兩種造型方法生產(chǎn)消失模鑄件：1. EPC法即干砂無粘結(jié)劑抽真空造型法，是泡沫消失模與真空密封造型（V法）的完美結(jié)合，近幾年已發(fā)展到第三代鑄造工藝，目前全國大約有一百多家鑄造廠采用此法生產(chǎn)鑄件。由于金屬液被澆注進入真空狀態(tài)下的型腔，因此鑄件表面精度很高，同時簡化了造型操作，無須混砂工序，鑄件容易落砂清理，極少粉塵污染，減少了氣孔以及根除了由粘結(jié)劑等添加物引起的鑄造缺陷。但如

3、果此法用來鑄造各種各樣尺寸大小不同的單件模具，需要配備專用砂箱和抽真空裝置而變得復雜化，使生產(chǎn)成本增加。特別是大型模具需要更大功率的真空負壓系統(tǒng)，以鑄造廠現(xiàn)有的生產(chǎn)條件去適應不斷的尺寸大小變化就顯得不現(xiàn)實。盡管EPC法極具優(yōu)勢，但鑄件尺寸和重量卻受到限制，據(jù)報道迄今為止國內(nèi)只能生產(chǎn)不超過5噸重的鑄鐵件，生產(chǎn)中大型模具仍存在著難以克服的困難。2. FM法即粘結(jié)劑自硬砂實型鑄造法，在我國已有多年生產(chǎn)歷史和成熟經(jīng)驗。在鑄鐵件生產(chǎn)上通常使用呋喃樹脂自硬砂充填鑄型去覆蓋汽化泡沫模，待鑄型硬化后把鐵液澆入型腔，泡沫模在砂型里面燒失殆盡后便形成鑄件。此法省去了一般砂型鑄造中的起模，翻箱，下芯及合箱工序，提高

4、了鑄件整體尺寸精度，降低了勞動強度，縮短了生產(chǎn)周期，是鑄造中大型單件鑄鐵模具的適用方法，目前采用樹脂自硬砂FM法的鑄造廠全國也不過30家左右。我公司應用此法已生產(chǎn)的中大型汽車模具和五金沖壓模具中，灰鐵單件重量達到12噸，球鐵灰鐵單件重量達到10噸，并可繼續(xù)提高。二 鑄造工藝過程和生產(chǎn)實例1. 呋喃樹脂砂FM法工藝流程：樹脂砂混制烘干泡沫模上涂料澆冒系統(tǒng)設計泡沫模成形填砂緊實鑄型硬化澆注落砂鑄件清理退火放模填砂緊實是造型操作的要點。因為泡沫模質(zhì)輕易變形，放入砂箱時要墊住中間懸空部位，一層一層地先四周后中間填砂，死角凹位要填到位并插實。對不易填實的內(nèi)孔、窄槽，插入相等尺寸的芯柱或芯塊緊固。涂料選用

5、鑄鐵專用商品系列涂料，要求透氣性、涂掛性，強度要高。涂層厚度鑄件厚壁處可涂厚一些，以鑄件表面不產(chǎn)生粘砂為合適，可以用手工刷涂或噴淋涂等方式。泡沫模上涂料后在約55以下的氣氛中烘干48小時。澆注系統(tǒng)可采用頂注、側(cè)注、底注或多層澆口的方式，澆道用陶瓷管組合駁接或直接用泡沫材料組成。根據(jù)球鐵模具的結(jié)構(gòu)和工作面選擇澆口位置十分重要，設置不當會引起縮孔、粘砂、氣孔、碳黑及皺皮等缺陷。由于澆注時泡沫燃燒汽化產(chǎn)生大量黑濃煙污染環(huán)境，因此不推薦用明冒口和散氣片，比較好采用暗冒口以及提高透氣性的方法排氣。合理設計澆冒系統(tǒng)可大大消除由泡沫不完全汽化引起的殘留碳和縮孔、疏松等常見鑄造缺陷。2. 工藝技術(shù)指標 消失模

6、鑄造是一項近凈成型鑄造工藝，與普通砂型鑄造相比，鑄鐵件表面粗糙度降低23個等級，達到Ra 6.312.5m；機械加工余量減少3060%，對某些零件甚至可以不加工；鑄件尺寸精度達到CT 79，鑄件壁厚偏差能夠控制在-0.15+0.15mm之間。鑄件重量減輕1025%；金屬利用率（加工后成品重量/鑄造毛坯重量）可達9497%。插入小芯可鑄出35mm小孔，直徑大于6mm的淺盲孔可直接鑄出。所以，消失模鑄造是很值得推廣的半精密鑄造模具制造技術(shù)。3. 鑄造實例覆蓋件的成形過程分若干工序完成，如汽車前圍外板就經(jīng)過落料、拉伸、修邊沖孔、沖窗口整形、翻邊翻口工序，需要多套獨立模具或組合模具。目前汽車覆蓋件沖模

7、及家電產(chǎn)品外殼沖壓成形模需求量十分巨大，而消失模近凈成型鑄造方法可解決供不應求的瓶頸問題，它大大降低了生產(chǎn)成本，縮短制作周期，減少模具的后續(xù)機械加工量。以下是在我公司生產(chǎn)的其中一些實例。圖1. 拉伸模EPS泡沫模樣 圖2. 沖壓模EPS泡沫模樣圖3. 下模座模樣上涂料 圖4. 模架模樣上涂料圖5. 汽車拉伸凸模鑄件 圖6. 汽車拉伸凹模鑄件圖7. 已精加工的汽車覆蓋件沖模 圖8. 已裝配的五金覆蓋件拉伸凹模三消失模鑄鐵模具的應用前景隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,汽車等運動機械和家電五金所需的薄鋼板中大型沖壓件的生產(chǎn)和使用量急劇增加,相應地中大型模具的需求量也大幅度增加,對質(zhì)量也提出了更高要求。過去,中大

8、型沖壓件模具多用鍛造合金鋼模具, 由于存在原材料價格高、材料利用率低、工序較復雜、制造周期長、加工費用高、組合安裝精度低等缺點,使模具制造成本居高不下,沖壓件精度下降。多年來大量的研究和實踐表明,球墨鑄鐵屈服強度比普通鋼高得多,屈強比幾乎為普通鋼的2倍，基體組織與鋼相同,球狀分布的石墨不易產(chǎn)生應力集中，另外球墨鑄鐵能夠浸入潤滑油，組織中的石墨具有自潤滑作用，能有效地減輕拉深中的摩擦。理論上講,凡對鋼可以進行的熱處理工藝基本上都適用于球墨鑄鐵,因此,可通過適當?shù)臒崽幚韥砀淖兦蚰T鐵的組織狀態(tài),以提高其性能,從而擴大應用范圍，所以球墨鑄鐵材料是替代合金模具鋼的優(yōu)選材料，而高強度灰鑄鐵材料也可以代替

9、部分碳素鋼。由于消失模鑄造的經(jīng)濟性和快捷性，已成為模具制造的首選工藝。首先是泡沫材料成型，可用預發(fā)泡模腔蒸壓成型或數(shù)控加工方法獲得，第二鑄出的模具坯料精確接近使用模具的尺寸，只需少量加工即達到最終尺寸和表面光潔度。第三可適用于銅、鋁合金、高強度灰鑄鐵、普通球鐵和特種球鐵、普通碳鋼及合金鋼材料。行家認為，采用消失模法生產(chǎn)球鐵模具取代合金鋼模具是中大型模具制造的發(fā)展趨勢，尤其是在汽車覆蓋件沖模和家電外殼沖壓成型模上的應用。球鐵模具精加工后，在工作面進行表面淬火處理，達到表面洛氏硬度Rc4555可滿足耐磨性要求。用于汽車模具各組件的鑄鐵牌號有：模架、壓料板、托料板為高強度灰鑄鐵HT250,HT300

10、；模仁，分模塊為球鐵QT450-10；QT500-7和QT600-3用于滑動塊，環(huán)模，壓邊圈和上下模座。最新研制成功的特種合金鑄鐵材料GM241和合金球鐵材料GM246，通過添加鉻、鉬、銅、鎳等元素進行微量合金化，大大提高了模具的綜合機械性能，可以同優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼模具相媲美。汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展直接帶動了汽車覆蓋件模具的高速發(fā)展，2021年均增幅高于行業(yè)總水平，估計年均增長率接近20%。由于汽車工業(yè)和家電是廣東省的支柱產(chǎn)業(yè)，推出新產(chǎn)品和產(chǎn)品改型的速度非?？?，但是現(xiàn)階段汽車模具及五金沖壓模具的供應是一個薄弱環(huán)節(jié)。值得注意的是，江浙地區(qū)近年來在鑄造模具方面發(fā)展迅速，一大批民營汽車模具生產(chǎn)企業(yè)異軍突起，已走在全國的前列。隨著消失模鑄造技術(shù)的進步，開拓鑄鐵在高精汽車模具及五金沖壓模具上的應用具有極其廣闊的前景。四結(jié)束語消失模鑄造在我國走過了近二十年的發(fā)展路程，工藝技術(shù)不斷成熟和完善，但如果生產(chǎn)過程控制不當，鑄件容易產(chǎn)生粘砂、夾砂、表面積碳和內(nèi)部縮松等精密模具不允許存在某個單位的缺陷。此法鑄造中大型灰鑄鐵模具表面質(zhì)量已達到了相當令人滿意的效果，但用于球墨鑄鐵模具，仍存在殘留碳黑、皺皮等問題，這可能是球鐵的糊狀凝固特點與灰鐵的層狀凝