用覆砂铁型铸造工艺生产球铁列车刹车盘

铁型覆砂工艺，生产铸态QT450-10高韧性球墨铸铁摘要：论述了铁型覆砂工艺条件下铸态QT450-10高韧性球墨铸铁的生产，分析了铸造材料、球化处理、冷却时间等主要工艺因素对铸件延伸率的影响，工艺优化后可以使铸件延伸率达到12-23%。

关键词：铁型覆砂工艺；高韧性球墨铸铁；原材料；球化处理；延伸率 1 前言铁型覆砂工艺生产的铸件因外观光洁、内部致密、尺寸精确逐步受到欢迎，逐渐成为众多轮毂厂家的选择，主要材质为QT450-10，全部采用这种工艺，但在生产过程中经常出现强度高、延伸率低、稳定性差的问题，本文与实际生产现场结合，通过对工艺的优化和调整使铸件本体延伸率稳定达到12%以上、综合成品率由94.53%提升至97%，成功解决了生产过程中的难题。

2 化学成分与原材料公司汽配产品已批量生产多年，熔炼设备采用1吨中频电炉，外购生铁和废钢，原材料配比基本固定，原铁水化学成分如表1：表1 原铁水化学成分炉次 C Si Mn P S1 3.82 1.26 0.34 0.029 0.0262 3.84 1.37 0.31 0.035 0.0313 3.84 1.27 0.33 0.032 0.0254 3.83 1.33 0.31 0.033 0.025 3.83 1.4 0.41 0.040 0.036 3.85 1.35 0.35 0.035 0.0247 3.79 1.4 0.3 0.033 0.0248 3.85 1.37 0.33 0.037 0.0279 3.84 1.37 0.40 0.036 0.02610 3.80 1.22 0.37 0.042 0.032从表1可以看出：生产过程中原铁水Mn、S含量波动较大，部分炉次Mn、S含量较高，在铸态高韧性QT450-10中，锰能阻碍共析转变的石墨化，增加、稳定和细化珠光体，部分锰也可以固溶入铁素体中，提高强度并降低韧性，增加结晶过程的过冷倾，对韧性影响很大，因此锰含量应越低越好。

1．结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）谈谈你的体会，及对教材、课堂教学的建议。

2．查资料，完成所指定锻件的生产过程，锻件图设计、相应的计算过程、下料、加热、锻造及热处理工艺进行分析。

3．结合汽车零件生产。

阐述埋弧焊原理、工艺特点、质量保证措施。

1.结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）。

1.1 制动盘铸造要求及现状一、生产技术状况：制动盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成。

不同种类制动盘，在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异，盘毂的厚度和高度也各不相同。

单层盘片的制动盘结构比较简单。

铸件重量多为6-18kg。

二、技术要求：铸件外轮廓全部加工，精加工后不得有任何缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。

金相组织为中等片状型，石墨型，组织均匀，断面敏感性小（特别是硬度差小）。

三、力学性能: σb ≥250MPa , HB180～240 , 相当于国际 HT250 牌号。

四、有些外商对铸件的化学成分也作要求，本设计不作详细介绍。

1.2 设计内容用金属型覆砂技术克服上述局限性，解决当前所遇到的铸造问题，保证工艺出品率。

即在金属型与铸件外形间覆薄砂层，形成砂型胶。

优点是同时具备金属型和砂型铸造的特点，金属型与熔体不直接接触，冷却速度和金相组织易于控制，同时提高金属型寿命，铸件形状可较复杂。

铸件可保证致密无气孔、缩孔、缩松等缺陷，工艺出口率高。

2.1 设计任务要求名称:制动盘材料：HT220类型：成批生产本铸件属于盘状薄壁件，盘面上的风道利于空气对流，达到散热的目的。

如下图所示。

采用金属型覆砂工艺，需考虑金属型材料及芯砂材料。

2.2金属型材料选择根据以往金属型设计经验，选择常用的HT200作为金属型材料，参数如下：牌号：HT200标准：GB 9439-88特性：珠光体类型的灰铸铁。

铁型覆砂铸造技术在国外早有研究应用，1955年由美国铸铁管公司研究成功并用mono—cast法生产离心铸管。

后来我国一些科研单位和工厂也相继研采用铁型覆砂铸造工艺生产球铁曲轴，凸轮轴，阀体，水泵壳等铸件取得成功并广泛应用。

铁型覆砂工艺是利用铸造粗成形的铁型内腔(芯铁)表面覆上一层很薄的树脂砂衬所形成的铸型生产铸件的工艺。

这一工艺主要优点是铁型表面覆上一层树脂砂衬后的铸型，在浇注时的工作条件大为改善，能够有效地承受高温铁液的热冲击，型内的最高温度可由600％降低到2oo℃左右，铁型厚度方向上的温度梯度也大为降低，铁型的热应力明显降低，这对提高铁型的使用寿命非常有利，使用寿命可高达十几万次。

同时由于铁型覆砂的铸型有足够的强度和刚度，覆砂层硬度高(9O以上)，可避免铸件出现胀砂、砂等缺陷，可生产重量较大的铸件。

对于球铁可充分利用铁液凝固时石墨膨胀的特性，消除缩孔、缩松等缺陷。

本工艺是在覆砂造型机上对准铁型射砂孔射砂造型，在0．4MPa压缩空气下，利用颗粒动力学原理气砂两相的动能作用，使射砂筒内射人铁型内腔的砂流连续、稠密，在短时间受热硬化。

因此覆砂层的硬度大且均匀，浇注后可获得比普通砂型铸件表面光洁、(粗糙度可达尺．12．5左右)尺寸精确(CT6—7级)、内部组织致密的铸件。

而且由于覆砂层的绝热性能，型腔又有一定的预热温度，完全可以在铁型覆砂条件下生产符合国际标准的铸态铁素体管件。

此工艺可与树脂砂和消失模铸造相媲美，可比水玻璃砂刮板造型提高生产效率lO倍以上，降低废品率10％以上，在标准允许的情况下可减轻铸件重量10％以上，减少工人25％～30％，降低生产成本10％以上，管件后处理工作量减少70％，型砂用量减少80％，水压试验合格率高达98％以上。

由于大大减少了型砂处理量，车间的环境粉尘污染明显改善，是一项先进的绿色环保铸造技术。

铁型覆砂铸造是在金属型（称为铁型）内腔覆上一薄层型砂而形成铸型的一种铸造工艺。

QT500-7铸态球铁件的生产控制黄石东贝铸造有限公司黄卫胜吴林林摘要：我车间主要生产球铁汽车制动器，采用铸态球铁生产工艺可以降低生产成本，缩短生产周期。

为用户提供加工性能好，高强度、高韧性的铸态球墨铸铁，一般是指铁素体含量大于70%的球铁，要求高碳低硅，铁液纯净，球化良好，孕育到位。

因此，在实际生产过程中，确保炉料加入的纯净，化学成分选择的合理，工艺过程控制的稳定是生产QT500-7铸态球墨铸铁的关键。

1 DISA线生产球铁工艺及设备我公司拥有一条DISA2013LP生产线，铸型输送线长度为18米。

铁水采用2T一拖二中频电炉熔炼。

高温精练的铁水，除尽熔渣后倒入球化包充分球化。

球化率达标后通过5T行车吊至浇注平台,转入手工浇包进行浇注。

混砂系统全自动控制,配有一台1T DISA混砂机,混好的型砂依次经过PD5、PD6、T3745斗提、PD7到造型机造型。

2 化学成分的选择碳：碳能促进镁的吸收，改善球化效果，提高石墨球的圆整度，可以提高铁水的流动性，减少铸件缩松；能够促进石墨化，减少白口倾向，消除渗碳体，增加铁素体含量。

铁水的碳选择为3.8-3.85%。

硅：硅可以明显促进石墨化，减少白口倾向，增加铁素体量，改善球铁的塑性，提高孕育效果，但是硅显著增加球铁脆性随其含量的增加而明显增加。

锰：降低共析转变温度，稳定和细化珠光体，锰量过高易产生渗碳体，提高脆性转变温度，降低冲击韧性，控制Mn<0.3%。

磷：在球铁中溶解度很低，当超过某一含量时，易偏析于共晶周围边界形成磷共晶体，降低铸件的塑性，韧性和强度，并且使铸件产生冷裂，控制P<0.06%。

硫：硫低，球化率高，可适当减少球化剂的加入量，不仅能减少铸件夹渣，皮下孔等缺陷。

而且能减少铸件中微观夹杂物的含量，提高铸件的综合性能。

当球化剂加入量不变时，硫高会造成残留镁量不足导致球化不良或球化衰退的现象。

球化剂牌号不变时，球化剂加量随铁液含硫量的增加而增加，所以在球铁生产中，为了稳定生产，提高质量，原铁水含硫量越低越好。

铁型覆砂工艺及其装备的发展状况铁型覆砂工艺发达国家在60年代已开始使用，主要生产曲轴、连杆，凸轮轴，刹车毂，汽缸套等铸件，运用铁型覆砂的企业都取得了明显的经济效益。

我国运用这一工艺较国外稍晚，但发展速度很快，就目前来看，与国外运用这一工艺相比，没有很大差別，特别是近几年，铁型覆砂装备发展非常迅速，主要应用在曲轴(包括汽车、摩托车、压缩机小曲轴），凸轮轴、缸套、轮毂、制动鼓、缸体、缸盖、电梯曳引轮电梯机座以及高牌号的球铁件等，铸件运用这一工艺生产出来的铸件，可以提高铸件的工艺出品率，不管是内在质量还是表面质量都很高，机械性能明显提高，可以显著提高球铁的牌号，用户普遍反映良好。

●铁型覆砂铸造工艺铁型覆砂铸造是在粗成的金属型(铁型)内腔上通过热固化，覆上一层型砂(覆膜砂)形成铸型，铁水浇注在覆膜砂型中，形成铸件。

在设计铁型时需要经过反复模拟试验及工艺试验和生产验证，合理确定铁型重量、壁厚、覆砂层厚度及浇注系统，使铸件的充型、凝固和冷却在一个比较理想的条件下完成。

●与砂型铸造相比在铁型覆砂工艺应用以前，国内生产曲轴等大批量球铁铸件，大都采用粘土砂造型生产,很难实现无冒口铸造，而铁型覆砂铸造工艺真正实现了无冒口铸造，这主要由于铁型钢性好，冷却速度快，在浇注和凝固过程中变形小，通过对内浇口的设计，能利用球铁在凝固过程中的石墨化膨胀抵消铸件的线收缩和体收缩，使缩孔和缩松无法形成，铸件本体致密，减少废品率，提高工艺出品率。

铸态珠光体球铁，其晶粒细小，组织致密，晶核间形成裂纹倾向小,强度髙，是一般球铁铸件所期望的组织。

而砂型铸造要得到这一组织.必须严格控制铁液化学成分，生产稳定性极差，铁型覆砂铸造由于铁型导热性好，透过覆砂层快速吸收热量，使石墨细化，共晶团增加，球铁本体机械性能可达到很高的球铁牌号要求，铸件废品率下降，质量大大提高，据使用这一工艺生产曲轴的用户反映，在砂型铸造时,其废品率一般达到10-20%，而运用铁型覆砂铸造，废品率在5%以内，有时仅为1%，而且铸件的外观质量大大提高，加工余量明显减少，生产成本明显下降。

制动盘生产工艺流程
制动盘生产工艺流程：
①原材料选择：选择合适的材料，通常为灰铸铁、球墨铸铁或合金钢等，以满足制动盘的机械性能要求。

②铸造毛坯：通过铸造工艺获得制动盘的原始形状，这一步骤可能包括砂型铸造、离心铸造或重力铸造等。

③粗车：以制动盘的大端面为基准，进行轴向定位，夹紧通风槽，粗车安装法兰面、安装孔以及初步加工刹车面，确保基本尺寸和形状。

④半精车：进一步加工最大外圆面、左端制动面、内孔、小端外圆面等，提高表面光洁度和精度。

⑤精车：完成中间大槽、右端制动面、左端制动面、小圆端面、孔部分倒角等精加工，达到最终尺寸要求。

⑥钻孔：在制动盘上钻制必要的安装孔和通风孔，保证安装和散热需求。

⑦动平衡：对制动盘进行动平衡调整，确保在高速旋转时不会产生过大的振动。

⑧清洗：去除加工过程中残留的切屑、油脂等杂质，保持制动盘的清洁。

⑨表面处理：可能包括涂层、镀层等，以增强防腐蚀性能和延长使用寿命。

⑩检验：对制动盘进行尺寸、外观、硬度等各项指标的严格检验，确保产品质量。

⑪标记：在制动盘上标记必要的信息，如型号、制造商、生产日期等。

⑫包装：将检验合格的制动盘进行包装，准备出厂或入库储存。

摘要目前，国内汽车（主要是轿车）刹车盘的出口市场已经形成一定规模，仅就铸件来说，年产量（出口量）估计在 20万吨左右。

由于刹车盘出口主要针对的是配件市场，外商定货品种繁杂，而每个品种生产，批量不大。

另一方面，刹车盘铸件属薄壁小件，技术要求高，而国内生产出口刹车盘的企业，大多采用手工造型，粘土砂湿型，冲天炉熔炼铁液，成分变化较大，给生产技术管理和铸件质量控制带来一定难度，个别厂家铸件废品率居高不下，直接影响企业的经济效益和出口业务。

本文主要对金属型覆砂铸造刹车盘的工艺及工艺装备进行设计。

通过对零件图的详细分析，明确了各项技术指标。

拟定铸造工艺方案，包括选择铸造和造型方法等。

完成砂芯设计、浇冒口设计和射砂工艺装备设计。

绘制零件图、装配图、工艺流程图等。

关键词：金属型覆砂砂芯模板刹车盘AbstractCurrently, domestic vehicles (mostly cars) Brake export market, market has formed a certain scale, just from the casting, the annual production (exports) is estimated at 20 million tons. As the brake disc main export market for the parts, foreign orders is complex variety and every variety of production is not volume. On the other hand, small pieces of brake disc casting is thin, technically demanding, while domestic production and export enterprises brake disc, mostly by hand modeling, Green Sand, cupola melting iron, composition changed greatly, to the production technology casting quality control management and bring some degree of difficulty, the high rejection rate for individual manufacturers to cast a direct impact on economic efficiency of enterprises and export business. In this paper, the metal brake discs with Sand Casting design process and technical equipment.Through detailed analysis of the parts diagram, defines the technical indicators. Developed casting process, including the choice of casting and modeling methods. Complete sand core design, casting riser design and the design Shooting technical equipment. Drawing parts and assembly drawings, process flow diagrams .Key words: Metallic Sand Sand core Template Brake Disc目录摘要┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ⅠAbstract┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅱ第1章绪论┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 11.1 立项背景┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11.2 刹车盘铸造要求及现状┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11.3 本文设计内容┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1第2章金属型及芯砂的选择┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 12.1 对设计任务的了解┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈22.2 金属型材料选择┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈32.2.1 性能比较┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈32.3 铁型覆砂工艺┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈32.4 芯砂选择┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4第3章铸造工艺设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 63.1 零件结构的铸造工艺性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈63.1.1 铸造工艺性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈63.1.2 实际生产工艺┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈63.1.3 拟定铸造工艺┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈73.2 铸造工艺参数┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈93.3 浇注系统设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈103.3.1 浇注系统计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈103.3.2 实用冒口设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11第4章工艺装备设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈124.1 金属型模样的结构设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈124.2 模板和模板框设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈124.3 金属型砂箱┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈134.4 金属性准备┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15结论（总结）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 16 致谢┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18附录┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19第1章绪论近年来随着汽车工业的飞速发展，汽车需求量也在逐年提高。

刹车盘的生产工艺
刹车盘是一种用于汽车制动系统的重要零部件，其生产工艺对于保证刹车盘的质量和性能至关重要。

下面将介绍刹车盘的生产工艺。

首先，刹车盘的生产过程通常分为原材料准备、铸造、加工和热处理四个阶段。

首先是原材料准备阶段。

刹车盘的原材料主要是铸铁和一些合金元素，如硅、锰、钒等。

这些原材料需要经过检测和筛选，确保其质量和成分符合要求。

接下来是铸造阶段。

铸造是刹车盘生产过程中最关键的环节。

铸造方式主要有砂型铸造和金属型铸造两种。

砂型铸造是将砂型放入模具中，然后倒入液态金属，待金属冷却凝固后取出即可得到刹车盘；金属型铸造则是通过高压注射将液态金属注入金属模具中，快速冷却后取出刹车盘。

铸造过程中需要严格控制金属的温度、冷却速度和注入压力等参数，以确保刹车盘的形状和内部组织的均匀性。

然后是加工阶段。

在加工过程中，刹车盘需要经过车削、钻孔、铣削等工序，以去除表面的毛刺和提供更加精确的尺寸和形状。

加工过程中需要使用高精度的机械设备和刀具，并注意控制加工参数，以免损坏刹车盘的表面和内部结构。

最后是热处理阶段。

热处理可以提高刹车盘的硬度和强度，增强其耐磨性和耐腐蚀性。

常用的热处理方式有淬火和回火。

淬
火是将加热后的刹车盘迅速冷却，使其表面形成固态相，内部形成马氏体组织，从而提高硬度和强度；回火是在淬火后将刹车盘加热到适当温度，然后缓慢冷却，以减轻内部应力和提高韧性。

总的来说，刹车盘的生产工艺包括原材料准备、铸造、加工和热处理四个阶段，每个阶段都需要合理控制工艺参数和质量标准，以确保刹车盘的质量和性能达到要求。