本发明属生产卡车钢板弹簧座铸造工艺、特别是一种铁型覆砂铸造球墨铸铁卡车钢板弹簧座的生产方法。
背景技术：
铁型覆砂铸造是在金属型(又称铁型)内腔周围覆上一层薄薄的型砂(又称覆膜砂)的一种铸造工艺方法。它是金属型铸造和壳型铸造两种方法的结合。获得的铸件具有尺寸精度高、机械性能好、节约人工、材料和设备、生产成本低等优点。
在国外，德国、前苏联等国早已于60年代前后开始把铁型覆砂铸造应用于生产，主要用于生产球铁曲轴、刹车毂、刹车盘、缸套、炸弹壳、坦克履带和电机底座等30余种铸件。
在国内，铁型覆砂铸造工艺的应用研究绝大部分都使用于曲轴或者球墨铸铁的生产。近几年来，在全国已有近百家企业也应用了铁型覆砂铸造工艺，生产的零件除球铁曲轴外，还有汽车的凸轮轴、平衡轴、耐压阀体、缸套，耐磨齿盘等50余种铸件，而运用该铁型铸造工艺技术来生产球墨铸铁卡车钢板弹簧座还是空白。
在我国乃至国际上的卡车钢板弹簧座生产厂家，都是采用高压铸造或者静压铸造方法生产。该工艺在较大汽车发动机生产厂已普遍使用，虽然质量上相对来说还比较稳定，但还是属于湿型砂铸造，在造型时还是需要煤粉，用砂量很大，生产环境还未得到完全改善；同时也存在着砂处理工部等一整套设备、材料仓库、型砂输送、除尘等设备，工作环境比较差，不利于铸造生产环保，而且设备投资大，成本高，所占用的面积也大。产品在灰铸铁浇注并经热处理退火后，本体抗拉强度绝大多数达到或接近所要求牌号，如球铁轴承盖，牌号为QT600-3，用湿型砂工艺生产珠光体一般只有40-50，球化级别一般在3级，组织部粗大同时还伴随缩松，对后期使用寿命，安全性能造成极大影响。在现今汽车行业激烈竞争下，客户对产品的各种性能各汽车厂家生产的要求越来越高，多种性能指标要求达到或超过国家标准，例如要求解决三漏现象即属此类问题。由于使用常规的湿型砂铸造无法从根本上解决铸铁本身的组织和缩松等而渗漏的问题，必须另找出路。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种铁型覆砂铸造球墨铸铁卡车钢板弹簧座的生产方法，解决球墨铸铁卡车钢板弹簧座灰口铸铁常见的组织性能差、内部疏松、表面质量、整体机械性能得不到保证的问题。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
工艺步骤如下：
1、造型
外砂箱采用铁型，覆膜砂为树脂砂，铁型的内腔按卡车钢板弹簧座的形状随型制出，同时浇注系统和铸型随型留10mm-30mm覆砂层厚度空间为10mm-30mm；浇注系统有浇口杯、直浇口、横浇口、滤网，采用封闭式浇口；上半模的最高处射孔、采用吊芯方式；因铸件小，砂芯小，铸型及砂芯发气少，可直接通过射孔及分型面直接排除。芯头部位和上箱铸型最高点不用开设专门的排气孔都装有气孔针，且不穿出箱面；在铁型的分型面上均匀分布设有排气槽；外模的上下模底板中间分别设有衡温加热装置，模具温度和铁型温度均控制在180-240℃，温度达到要求后进行射砂；射砂气压为0.35-0.40Mpa，固化时间为50-60S。
2.砂芯
采用热芯盒工艺，材料使用覆膜砂，射芯温度200～300℃，泥芯表面质量好，使用时不用刷涂料，可以直接使用。
3.装芯
人工装芯
4.合箱
合箱前检查铸型质量，保证铸型符合要求并用压缩空气吹干净铸型；然后用5mm封箱条围住砂箱各合箱定位销，在坭芯头的浇注系统滤网座位置装上过滤网，并将砂箱推至合箱机处，四角放有上0.5-0.6mm垫片，进行合箱，上半模型吹干净散砂后合箱；推进浇注滚道，并扣上箱扣，合箱的扣箱力为80-85N.M。浇口杯采用一次性陶瓷直冲漏斗浇口杯，安装到铁型时在接触面抹一层专用铸造粘胶粘牢，并放上浇口杯压铁等待浇注要使用封箱条；
5.浇注
用牌号为QT550-10的铁水浇注，浇注温度控制在1420-1440℃，1件/型的浇注时间为12-15S
6.开箱
浇注后25分钟开箱扣直接落砂自然冷却；铸件凝固时间需要30分钟以上才能落箱、自由冷却。
浇注系统的铁水流道是由浇口杯到直浇道口到横浇道口，再由横浇道口通过滤网后均衡分到两个分直浇口，再由两个分直浇口分别分到上下两个内浇口到铸件。
浇注系统各浇口总截面之比为：∑直︰∑横︰∑内＝1︰(0.75-0.78)︰(0.68-0.72)；∑分直︰∑直＝1︰(0.9-0.95)；滤网采用机体专用的直孔陶瓷滤网。
上半模的最高处射孔、芯头部位的气孔针内径为Φ8mm和Φ10mm，铁型的分型面上的半圆排气槽直径为Φ6mm。
射砂气压为0.35-0.40Mpa，固化时间为50-60S。
合箱时四角放的垫片厚为0.3-0.4mm。
合箱的扣箱力为80-85N.M。
使用本发明的铁型覆砂铸造球墨铸铁卡车钢板弹簧座的生产方法，出品率由原来砂型铸造工艺的50％提高到铁型铸造的70％以上，因铁型使用了不含水分的覆膜砂砂做造型材料，从而消除了皮下气孔缺陷；铁水凝固过程中得到快速冷却，同时铁型的刚性抑制了铁水石墨膨胀过程易产生的两缩，基本消除了球铁常有的组织缩松、疏松缩孔等缺陷，解决了卡车钢板弹簧座在高压力、高强度工作环境下的渗漏和强度不足问题，提高了铸件产品的整体机械性能和使用安全性能，满足或超过客户目前卡车钢板弹簧座生产要求的各项性能指标；减少了砂处理系统庞大的设备、场地投入和造型用砂量；改善了铸造长期以来的恶劣环境，环保性好。整个工艺流程简单，容易采取措施和控制，产品的生产成本比砂型铸造工艺生产要低30～50％，且适用于各种类型发动机、工程机械及整车、汽缸盖和排气管等重要复杂零部件的生产和多种各种要求高质量的其它大中小零件，应用前景广泛。
具体实施方式
铁型覆砂铸造工艺是利用铁型增加铁水在铸造过程中的冷却速度，细化组织，提高了铸件了在壁厚不均情况下保证机体较厚部位或较厚凸台、塔子的组织致密性。在同等熔炼铁水的成分下，使用铁型覆砂铸造工艺生产球墨铸铁卡车钢板弹簧座等产品机体比砂型铸造工艺可以获得更高的抗拉强度、屈服强度、硬度和更好的石墨形态和石墨大小级别，稳定珠光体在95％以上。最重要的是以往强度不足及两缩等砂型铸造出现的断裂问题可以得到有效解决。
卡车钢板弹簧座的铁型覆砂铸造工艺与静压砂型铸造工艺不同之处是在造型工序，卡车钢板弹簧座铁型覆砂造型是采用专用的ZXTF-Z-1350*740造型主机自动化生产线。按照铁型规格要求，设计布置为4件/型，分上下模。该设备额定生产率为15型/h,两台造型主机则为30型/h。砂箱是金属型，内腔是按照卡车钢板弹簧座的形状,留有覆砂层厚度并随型制出，外模模底板下面设有加热装置，模具温度一般恒温控制在180-240℃。铁型温度一般控在180-240℃左右。造型采用覆膜砂，当模具和铁型温度达到设定的温度后，在铁型内腔周围覆上一层薄薄的型砂。
由于铁型覆砂工艺所使用的覆膜砂是流动干型的，无水分，经过射砂表面硬化后，其表面光洁度很好，不用上涂料，而静压砂型铸造工艺是属湿型(潮型)铸造，其表面需要上涂料才能保证铸件的光洁度。因此铁型覆砂铸造工艺可以大量节约涂料成本。
以生产柳汽2918072钢板弹簧座柳州五菱为例，采用静压铸造生产工艺时，造型用砂量单台为622kg以上，而用铁型覆砂工艺生产缸体(402件/型)时，铸造造型单台使用砂量仅需20-21kg左右；若按目前价格计算成本的话，年产20万件光造型用砂量可以节约75万元以上。而这种规模的铁型覆砂铸造生产线比国内静压生产线减少投资2700万元，比进口静压生产线减少投资4700万元以上。
铁型覆砂铸造工艺在具有工艺出品率高、组织致密不渗漏、综合性能高、用砂量少、设备投资少、生产周期短、见效快、设备占用面积少、生产效率高、制造成本低、环保性好等优点的同时，其不足之处是各种铁型砂箱没有通用性、受设备影响单天产量偏低。
本实施例采用本发明方法生产2918072柳州五菱柳汽球墨铸铁卡车钢板弹簧座，具体步骤如下：
1.造型
造外型采用铁型覆砂铸造工艺进行。外砂箱采用铁型，覆膜砂是采用相变砂，即旧砂回收后处理再重新覆膜，铁型铸造工艺按照4件/型进行设计，铁型的内腔是按照卡车钢板弹簧座的形状随型制出，试制时随型覆砂层厚度为10mm，因该零件比较小，外部较复杂结构较为简单，不特别增加补缩冒口，采用自补缩方式，局部部位的覆砂层为10-30mm，铸件热节较大部位为8mm。浇注系统的铁水流道是由浇口杯到直浇口到横浇口，再由横浇口通过滤网后均衡分到两个分直浇口，再由两个分直浇口分别分到上下两个内浇口到铸件；浇注系统采用封闭式浇口，其各浇口总截面之比为：∑直︰∑横︰∑内＝1︰(0.75-0.78)︰(0.68-0.72)；∑分直︰∑直＝1︰(0.9-0.95)；滤网采用机体专用的直孔陶瓷滤网。在上半模模样最高处射孔装有外径Φ8mm的气孔针，上半模四周围芯头装有外径Φ10mm的气孔针，且都不穿出箱面；铸型直接通过射孔排气，不用单独开设排气通道，在铁型的分型面上均匀分布有Φ6mm半圆排气槽。外模的上下模底板中间设有加热装置，模具温度和铁型温度均控制在180-240℃；待温度达到工艺要求后进行射砂，射砂气压为0.35-0.40Mpa，固化时间为50-60S，射砂后的覆砂层颜色控制在棕褐色。在连续生产时，经浇注后的铁型必须经过水冷后达到温控要求时才能进行循环使用(测温采用红外线进行)。
2.砂芯
采用热芯盒工艺，材料使用覆膜砂，射芯温度200～300℃，泥芯表面质量好，使用时不用刷涂料，可以直接使用。
3.装芯
先检查所装坭芯是否符合要求；在批量生产情况下，用固定式装芯工位夹具或机器进行装芯，定位准确、方便可靠；否则可采用人工装芯、简易装芯吊架下芯。
4.合箱
在合箱之前检查铸型质量并进行必要的修型检查装芯是否到位，使用封箱条分别压住芯头、芯头出气孔和坭芯直浇道，在坭芯头的浇注系统的滤网座装上过滤网，用一圈5mm封箱条围住定位销，吹干净铸型并推至合箱机处，下型砂箱四角放有0.5-0.6mm厚垫片；检查上半模型质量，并吹静散砂，进行合箱；推进浇注滚道，扣上箱扣(边扣一般为4个)扣箱力一般在80-85N.M；浇口杯采用直冲漏斗浇口杯，安装到铁型时结合面要使用封箱条专用铸造粘胶压紧粘牢；
5.浇注
所用铁水，是采用QT550-10牌号铁水浇注，其化学成分质量比为：
C：3.7％～3.9％ Si：1.6％～1.7％ Mn≤0.2％ Cu≤0.2％ Re：0.01％～0.02％；Mg：0.03％～0.05％；
浇注温度控制在1420℃-1440℃，4件/型浇注时间是12-15s；待浇口杯铁水成糊状时打断浇口杯；
6.开箱
浇注后25分钟开箱扣直接落砂；铸件凝固时间35分钟时落箱，落箱后的铸件为暗红色，然后自由冷却到室温。
7.检验结果
铸件经过清理抛丸后，不经过热处理，直接铸态解剖铸件检测得到结果如下：
1)柳州五菱各个部位金相组织和硬度情况如下：
2)机械性能
因产品太小，无法直接取抗拉试样，只能检测附铸试块，具体情况如下：、
本次抗拉试棒因本体没有位置取样，故取铸件浇注系统中的分直浇口进行抗拉检验，其结果抗拉强度为270Mpa；硬度为HB224；石型为A型石墨；石墨长为4级；珠光体95％；磷共晶1级。
用本发明方法铸造球墨铸铁卡车钢板弹簧座，在满足性能要求的条件下可以减少或者不用加入合金，如Cu、Mn等合金可以取消加入，同时经过对产品多轮的本体解剖和声波检测，未发现任何两缩现场。和Cu合金可以由原来的0.7～0.8％减少到0.2～0.3％；
实践说明：运用本发明的方法生产球墨铸铁卡车钢板弹簧座，本体机械性能比产品整体性能和安全系数要比湿型砂高砂型铸造本体要求牌号要高出一个牌号以上，从而保证该工艺满足日益发展的汽车制造行业竞争要求。
用本发明的方法，不仅可以生产出蠕墨铸铁或球墨铸铁汽车零部件、、缸盖、排气管等高质量的汽车重要零部件，还可以用于各行各业的机械制造，如航空、铁路机车车辆、农用机械、建筑机械和军工等等需承受高强度、高韧性、高致密性、高耐磨的大中小零件的生产。