CN115055649A - 一体式复合制动鼓轮毂铸件产品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于制动鼓铸造领域,具体涉及一种高强度轻量化一体式复合制动鼓轮毂铸件。本发明的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,包括:高强度、高韧性球墨铸铁制动鼓轮毂一体式外壳的壳体制备工艺和制动鼓制动面高碳当量、低合金化灰铸铁层的内层制备工艺。本发明相对于传统制动鼓、轮毂组合装配件,由于产品外壳球墨铸铁强度可达750‑850MPa,是普通球墨铸铁轮毂的1.67倍,是灰铁制动鼓的3倍,将会使得产品综合整体重量比原来两体式铸件重量轻40%以上;本发明减少了制动鼓、轮毂的加工部位,无需对装配面加工,提高了生产效率;同时也没有装配风险,一体式制动鼓轮毂铸件同心度高,提高了制动鼓、轮毂整体使用稳定性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于制动鼓铸造领域,具体涉及一种一体式复合制动鼓轮毂铸件产品及其制备方法,尤其涉及一种高强度轻量化一体式复合制动鼓轮毂铸件。
背景技术
随着新能源汽车迈入了发展的快车道,而对于车辆的轻量化有了更高的要求。
传统的制动鼓、轮毂为分体式组合装配件,需分别对制动鼓、轮毂铸件进行独立的铸造设计,且铸造出的铸件仍需要对装配面进行加工,来保证制动鼓与轮毂之间的同心度。因此,传统的制动鼓、轮毂的组合装配件存在整体重量大,铸造***重复设计、组合装配后同心度难以保证的问题。
发明内容
鉴于此,本发明的目的在于,提供一种一体式复合制动鼓轮毂铸件产品及其制备方法,旨在解决现有的制动鼓、轮毂为分体式组合装配件所带来的缺陷。
为了达到上述发明目的,采取的技术方案如下:
一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,包括:高强度、高韧性球墨铸铁制动鼓轮毂一体式外壳的壳体制备工艺和制动鼓制动面高碳当量、低合金化灰铸铁层的内层制备工艺;
其中,所述壳体制备工艺采用热芯盒覆膜砂壳型铸造生产工艺,具体如下:
A.根据一体式制动鼓轮毂产品的内外结构,等比例设计后,形成用于浇注的砂壳;
B.将一个或若干个砂壳置于砂箱内部,并采用铁砂进行覆盖并震动紧实;
C.将生铁、废钢、增碳剂和硅铁,采用中频感应电炉熔炼,并控制炉内原铁水的化学成分,当炉内铁水温度达到1550-1560℃时,进行出炉球化,同时,在熔炼过程中,要求在1535-1540℃时,进行高温静置,静置时间4-6min,静置后撒聚渣剂进行扒渣;其中,所述炉内原铁水化学成分的质量分数为:3.75-3.85%C,0.92-1.08%Si,0.26-0.45%Mn,<0.05%P, 0.016-0.028%S,<0.13%Cr,0.46-0.75%Mo,其余为Fe及其它杂质成分;
D.采用粒度为5-15mm的球化剂对出炉的铁水进行球化,所述球化剂的加入量为1.05-1.25%的出铁铁水重量;所述球化剂的化学成分的质量分数为:4.15-5.3%Mg、2.2-2.8%Re、40-45%Si、1.25-1.75%Ca;与此同时,在所述球化剂的表面覆盖化学成分质量分数为:71.5-77.0%Si、3.05- 3.65%Ba、1.5-2.0%Ca的一次孕育剂,对出铁铁水进行一次孕育;所述一次孕育剂的粒度为3-8mm,加入量为0.9-1.1%的出铁铁水重量;
E.将球化及一次孕育后的铁水倒入浇注包,在倒包过程中,随流加入化学成分质量分数为71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca的二次孕育剂进行二次孕育处理;所述二次孕育剂的粒度为3-8mm,加入量为0.45- 0.60%的球化铁水的重量;
F.检测铁水温度在1396-1425℃时开始浇注,整包浇注时间在7-9min,并在每个砂箱浇注时进行随流孕育,随流孕育剂的化学成分质量分数为 71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca;且所述随流孕育剂的粒度为0.3- 1mm,所述随流孕育剂的加入量为每个砂壳浇注铁水重量的0.08-0.13%;
G.铁水浇注完成后,开箱形成高强度、高韧性球墨铸铁制动鼓轮毂一体式外壳铸件,其中外壳铸件的化学成分质量分数为:3.65-3.75%C,3.35- 3.86%Si,0.26-0.45%Mn,<0.05%P,0.016-0.028%S,<0.13%Cr,0.46- 0.75%Mo,其余为铁和其它杂质;且外壳铸件本体的抗拉强度为750- 850MPa,屈服强度520-600MPa,延伸率≥7%;
其中,所述内层制备工艺采用离心铸造工艺,具体如下:
a)将球铁外壳铸件经抛丸处理后置于卧式离心机上,开始浇注制动鼓内层灰铸铁层,内层灰铸铁层采用高碳当量、低合金化成分,其化学成分质量分数为3.48-3.55%C、1.47-1.68%Si、0.55-0.65%Mn、0.20-0.26%Cr、< 0.08%P、0.061-0.089%S、0.45-0.48%Cu,其余为Fe及其它杂质成分;
b)在离心浇注过程中加入质量分数为71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、 1.5-2.0%Ca的离心孕育剂进行孕育处理,所述离心孕育剂的粒度为3- 8mm,加入量为0.33-0.45%的灰铸铁层浇注铁水的重量;
c)浇注完成后,将在制动鼓制动面上形成高碳当量、低合金化灰铸铁层,所述高碳当量、低合金化灰铸铁层的化学成分质量分数为:3.48- 3.55%C、1.75-1.96%Si、0.55-0.65%Mn、0.20-0.26%Cr、<0.08%P、0.061- 0.089%S、0.45-0.48%Cu,其余为Fe及其它杂质成分;灰铸铁层金相组织 A型石墨>90%,石墨长度等级4-6级。
进一步的,所述步骤B中采用铁砂进行覆盖并震动紧实的过程为:采用一定粒度分布的铁砂进行覆盖,不同铁砂粒度的分布占总铁砂的重量比例如下:
粒度为φ2.5-4.0mm的细铁砂占比30-35%,粒度为φ4.1-5.5mm的铁砂占比35-45%,粒度为φ5.6-7.9mm的粗铁砂占比20-30%,不同粒度比例可以提高铁砂的紧实度;同时在埋壳时,当铁砂没过砂壳1/2时开启震动紧实,震动频率3-5秒/次,间隔2秒,震动循环10次,提高铁砂的紧实度,避免铸件涨箱。
更进一步的,所述步骤B中将一个或若干个砂壳置于砂箱内部,并在砂箱箱底均匀开设8条100*2mm条形排气通道,排气通道采用环形设置,与砂壳相对应,利于覆膜砂浇注后形成的气体顺利排出。
优选地,所述步骤D中涉及的出炉铁水球化孕育过程是在铁水包中进行,需先将球化剂加入至铁水包中,然后再将一次孕育剂添加至球化剂的表面,且每次加入材料后必须杵实,最后再在一次孕育剂的表面覆盖烘干后的球铁屑 20-25Kg,以延缓球化剂的起爆时间,从而提高吸收率,避免球化衰退;最后在铁水包上面盖上引流包盖,其作用一是引导球化铁水避免冲击球化室,二是在球化反应过程中增加包内压力,避免Mg元素快速散逸到空气中,减少球化剂消耗。
更进一步的,在所述步骤F中涉及的浇注过程,需将浇注***设在制动鼓轮毂一体式外壳的顶部,并在浇口杯内安放10或15PPI、15mm厚度的陶瓷过滤片对浇注铁水进行过滤,同时利用制动鼓外法兰顶部均匀布设的3个侧面暗冒口对热节处进行补缩,三个暗冒口与内浇口呈交叉布置,避免形成扩大的热节;所述侧面暗冒口的直径是制动鼓轮毂一体式外壳铸件法兰壁厚的2-2.5 倍,冒口高度80-100mm。
优选地,所述步骤G的开箱温度不超过450℃。
更佳地,所述内层制备工艺在离心浇注的同时,利用电磁场对浇注灰铸铁层中的铁水浇注和冷却过程进行干扰,通过静磁场对旋转金属液产生电磁搅拌作用,以改善灰铸铁层浇注铁水的凝固组织、控制成分偏析,电磁力的作用会促使凝固过程中析出的片状石墨弯曲、尖端变得圆钝,对防止制动鼓使用过程中工作面产生龟裂具有显著的效果。
本发明还提供了一种高强度轻量化一体式复合制动鼓轮毂铸件,是根据上述所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法铸造而成,且一体式复合制动鼓轮毂铸件包括一体式制动鼓轮毂外壳和耐磨灰铁层。
进一步的,所述一体式制动鼓轮毂外壳具有一轮毂部和一制动鼓部,所述轮毂部与所述制动鼓部通过一共有法兰部连接成一体,其中,所述轮毂部为中空状且轮毂部的内部从上而下依次设有第一轴承定位部、润滑油存储部、第二轴承定位部,同时在所述轮毂部的外表面上还设有沿轮毂部周向方向的定位凸台部,且定位凸台部与轮毂部的外表面相接的同时还设于共有法兰部的上方;所述制动鼓部呈中空状,且所述制动鼓部的结构从上而下依次为:共有法兰部、轮辐部、制动面部和回旋部。
更进一步的,所述耐磨灰铁层设置在所述制动鼓部制动面的内侧。
本发明的有益效果:
本发明相对于传统的制动鼓、轮毂组合装配件,一体式复合制动鼓轮毂铸件由于产品外壳球墨铸铁强度可达750-850MPa,是普通球墨铸铁轮毂的1.67 倍,是灰铁制动鼓的3倍,故其轮毂部分整体壁厚可缩减至普通球墨铸铁轮毂的60%,其制动鼓部分整体壁厚可缩减至普通制动鼓壁厚的50%;同时轮毂和制动鼓结合部位只有一个法兰盘,将会使得产品综合整体重量比原来两体式铸件重量轻40%以上;
本发明减少了制动鼓、轮毂的加工部位,不需要对装配面进行加工,提高了生产效率;同时也没有装配风险,一体式制动鼓轮毂铸件同心度高,提高了制动鼓、轮毂整体使用稳定性和安全性;
本发明一体式复合制动鼓轮毂铸件铸造时使用一个浇注***,提高了工艺出品率,减少了浪费和能源消耗;而且使用高强度球墨铸铁对制动鼓已开裂部位进行结构加强,提高了产品使用寿命;
本发明使用硅和钼的强化作用,获得本体抗拉强度750-850MPa,屈服强度520-600MPa,延伸率≥7%的全铁素体基体的高强度、高韧性球墨铸铁,解决了铜或锰等合金化珠光体加铁素体混合基体球墨铸铁存在的低延伸率、硬度梯度较大等问题,铸件整体硬度差≤20HB,改善铸件的加工性能;通过提高球墨铸铁硅和钼的含量,使终硅达到3.35%~3.86%,钼达到0.46-0.75%,利用硅和钼固溶于基体金属中所造成的晶格畸变从而使基体强度得到提高,实现了对球墨铸铁基体的强化,从而提高铸件的强度和韧性;由于硅和钼强化后的基体均为铁素体基体,所以在提高强度和韧性同时,有效降低了铸件的硬度梯度,铸件整体硬度差≤20HB,降低了铸件的壁厚敏感性,提高了铸件的加工性能,降低了刀具磨损;
本发明将组装好的砂壳埋于铁砂之中,并在铁砂没过砂壳1/2时开启震动紧实,震动频率3-5秒/次,间隔2秒,震动循环10次,提高铁砂的紧实度,避免铸件涨箱;同时在砂壳制动鼓法兰顶部均匀设3个侧面压边暗冒口,冒口直径是铸件法兰壁厚的2-2.5倍,冒口高度80-100mm,且三个暗冒口与内浇口呈交叉设置,避免形成扩大热节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一体式复合制动鼓轮毂铸件产品的剖视图;
图2为本发明一体式复合制动鼓轮毂铸件产品的三维结构图;
图3为本发明中涉及的暗冒口与内浇口呈交叉布置的正视图;
图4为本发明中涉及的暗冒口与内浇口呈交叉布置的俯视图;
图5为本发明中涉及的砂箱箱底排气通道采用环形设置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制;术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性,此外,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
由于传统的制动鼓、轮毂的组合装配件存在整体重量大,铸造***重复设计、组合装配后同心度难以保证的问题。为此,申请人经过创造性的劳动,研发了本发明的技术方案。
本发明将两个独立的组合装配件合并为一体式的结构,且公用了一个法兰部,铸造时使用同一个浇注***,提高了工艺出品率,减少了浪费和能源消耗,这是其一,同时也将会使得产品综合整体重量比原来两体式铸件重量轻 40%以上。这是本发明显而易见的优点。
本发明更为重要的在于:优化铁水孕育处理,提高产品铸件中的硅和钼的强化作用,使其产品铸件的达到抗拉强度750-850MPa,屈服强度520- 600MPa,延伸率≥7%的全铁素体基体的高强度、高韧性球墨铸铁。
如图1-2所示,一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,包括:高强度、高韧性球墨铸铁制动鼓轮毂一体式外壳的壳体制备工艺和制动鼓制动面高碳当量、低合金化灰铸铁层的内层制备工艺.
其中,所述壳体制备工艺采用热芯盒覆膜砂壳型铸造生产工艺,具体如下:
A.根据一体式制动鼓轮毂产品的内外结构,等比例设计后,形成用于浇注的砂壳。
B.将一个或若干个砂壳置于砂箱内部,并采用铁砂进行覆盖并震动紧实;具体过程如下:
采用一定粒度分布的铁砂进行覆盖,不同铁砂粒度的分布占总铁砂的重量比例如下:粒度为φ2.5-4.0mm的细铁砂占比30-35%,粒度为φ4.1-5.5mm的铁砂占比35-45%,粒度为φ5.6-7.9mm的粗铁砂占比20-30%,不同粒度比例可以提高铁砂的紧实度;同时在埋壳时,当铁砂没过砂壳1/2时开启震动紧实,震动频率3-5秒/次,间隔2秒,震动循环10次,提高铁砂的紧实度,避免铸件涨箱。
此外,本例中,将一个或若干个砂壳置于砂箱内部,并在砂箱箱底均匀开设8条100*2mm条形排气通道,排气通道采用环形设置,如图5所示,与砂壳相对应,利于覆膜砂浇注后形成的气体顺利排出。
C.将生铁、废钢、增碳剂和硅铁,采用中频感应电炉熔炼,并控制炉内原铁水的化学成分,当炉内铁水温度达到1550-1560℃时,进行出炉球化,同时,在熔炼过程中,要求在1535-1540℃时,进行高温静置,静置时间4-6min,静置后撒聚渣剂进行扒渣;其中,所述炉内原铁水化学成分的质量分数为:3.75-3.85%C,0.92-1.08%Si,0.26-0.45%Mn,<0.05%P, 0.016-0.028%S,<0.13%Cr,0.46-0.75%Mo,其余为Fe及其它杂质成分。
D.采用粒度为5-15mm的球化剂对出炉的铁水进行球化,所述球化剂的加入量为1.05-1.25%的出铁铁水重量;所述球化剂的化学成分的质量分数为:4.15-5.3%Mg、2.2-2.8%Re、40-45%Si、1.25-1.75%Ca;与此同时,在所述球化剂的表面覆盖化学成分质量分数为:71.5-77.0%Si、3.05- 3.65%Ba、1.5-2.0%Ca的一次孕育剂,对出铁铁水进行一次孕育;所述一次孕育剂的粒度为3-8mm,加入量为0.9-1.1%的出铁铁水重量。
在此步骤中涉及的出炉铁水球化孕育过程是在铁水包中进行,需先将球化剂加入至铁水包中,然后再将一次孕育剂添加至球化剂的表面,且每次加入材料后必须杵实,最后再在一次孕育剂的表面覆盖烘干后的球铁屑20-25Kg,以延缓球化剂的起爆时间,从而提高吸收率,避免球化衰退;最后在铁水包上面盖上引流包盖,其作用一是引导球化铁水避免冲击球化室,二是在球化反应过程中增加包内压力,避免Mg元素快速散逸到空气中,减少球化剂消耗。
E.将球化及一次孕育后的铁水倒入浇注包,在倒包过程中,随流加入化学成分质量分数为71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca的二次孕育剂进行二次孕育处理;所述二次孕育剂的粒度为3-8mm,加入量为0.45- 0.60%的球化铁水的重量。
F.检测铁水温度在1396-1425℃时开始浇注,整包浇注时间在7-9min,并在每个砂箱浇注时进行随流孕育,随流孕育剂的化学成分质量分数为 71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca;且所述随流孕育剂的粒度为0.3- 1mm,所述随流孕育剂的加入量为每个砂壳浇注铁水重量的0.08-0.13%。
在此步骤中涉及的浇注过程,需将浇注***设在制动鼓轮毂一体式外壳的顶部,并在浇口杯内安放10或15PPI、15mm厚度的陶瓷过滤片对浇注铁水进行过滤,同时利用制动鼓外法兰顶部均匀布设的3个侧面暗冒口对热节处进行补缩,三个暗冒口与内浇口呈交叉布置,如图3-4所示,避免形成扩大的热节;所述侧面暗冒口的直径是制动鼓轮毂一体式外壳铸件法兰壁厚的2-2.5 倍,冒口高度80-100mm。
G.铁水浇注完成后,开箱形成高强度、高韧性球墨铸铁制动鼓轮毂一体式外壳铸件,其中外壳铸件的化学成分质量分数为:3.65-3.75%C,3.35- 3.86%Si,0.26-0.45%Mn,<0.05%P,0.016-0.028%S,<0.13%Cr,0.46- 0.75%Mo,其余为铁和其它杂质;且外壳铸件本体的抗拉强度为750- 850MPa,屈服强度520-600MPa,延伸率≥7%,且此步骤中的开箱温度不超过450℃。
本例中,所述内层制备工艺采用离心铸造工艺,具体如下:
a)将球铁外壳铸件经抛丸处理后至于卧式离心机上,开始浇注制动鼓内层灰铸铁层,内层灰铸铁层采用高碳当量、低合金化成分,其化学成分质量分数为3.48-3.55%C、1.47-1.68%Si、0.55-0.65%Mn、0.20-0.26%Cr、< 0.08%P、0.061-0.089%S、0.45-0.48%Cu,其余为Fe及其它杂质成分;
b)在离心浇注过程中加入质量分数为71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca的离心孕育剂进行孕育处理,所述离心孕育剂的粒度为3- 8mm,加入量为0.33-0.45%的灰铸铁层浇注铁水的重量;
c)在离心浇注的同时,利用电磁场对浇注灰铸铁层中的铁水浇注和冷却过程进行干扰,通过静磁场对旋转金属液产生电磁搅拌作用,以改善灰铸铁层浇注铁水的凝固组织、控制成分偏析,电磁力的作用会促使凝固过程中析出的片状石墨弯曲、尖端变得圆钝,对防止制动鼓使用过程中工作面产生龟裂具有显著的效果。
d)浇注完成后,将在制动鼓制动面上形成高碳当量、低合金化灰铸铁层,所述高碳当量、低合金化灰铸铁层的化学成分质量分数为:3.48- 3.55%C、1.75-1.96%Si、0.55-0.65%Mn、0.20-0.26%Cr、<0.08%P、0.061- 0.089%S、0.45-0.48%Cu,其余为Fe及其它杂质成分;灰铸铁层金相组织 A型石墨>90%,石墨长度等级4-6级。
可见,通过本发明的制备方法中使用硅和钼的强化作用,获得本体抗拉强度750-850MPa,屈服强度520-600MPa,延伸率≥7%的全铁素体基体的高强度、高韧性球墨铸铁,解决了铜或锰等合金化珠光体加铁素体混合基体球墨铸铁存在的低延伸率、硬度梯度较大等问题,铸件整体硬度差≤20HB,改善铸件的加工性能;通过提高球墨铸铁硅和钼的含量,使终硅达到3.35%~3.86%,钼达到0.46-0.75%,利用硅和钼固溶于基体金属中所造成的晶格畸变从而使基体强度得到提高,实现了对球墨铸铁基体的强化,从而提高铸件的强度和韧性;由于硅和钼强化后的基体均为铁素体基体,所以在提高强度和韧性同时,有效降低了铸件的硬度梯度,铸件整体硬度差≤20HB,降低了铸件的壁厚敏感性,提高了铸件的加工性能,降低了刀具磨损。
最后,如图1-2所示,本发明还提供了一种高强度轻量化一体式复合制动鼓轮毂铸件,是根据上述所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法铸造而成,且一体式复合制动鼓轮毂铸件包括一体式制动鼓轮毂外壳300和耐磨灰铁层400。
本例中,所述一体式制动鼓轮毂外壳300具有一轮毂部100和一制动鼓部 200,所述轮毂部100与所述制动鼓部200通过一共有法兰部500连接成一体,其中,所述轮毂部100为中空状且轮毂部100的内部从上而下依次设有第一轴承定位部101、润滑油存储部102、第二轴承定位部103,同时在所述轮毂部100的外表面上还设有沿轮毂部周向方向的定位凸台部104,且定位凸台部 104与轮毂部100的外表面相接的同时还设于共有法兰部500的上方;所述制动鼓部200呈中空状,且所述制动鼓部200的结构从上而下依次为:共有法兰部500、轮辐部201、制动面部202和回旋部203。所述耐磨灰铁层400设置在所述制动鼓部制动面部202的内侧。
综上所述,一体式复合制动鼓轮毂铸件由于产品外壳球墨铸铁强度可达 750-850MPa,是普通球墨铸铁轮毂的1.67倍,是灰铁制动鼓的3倍,故其轮毂部分整体壁厚可缩减至普通球墨铸铁轮毂的60%,其制动鼓部分整体壁厚可缩减至普通制动鼓壁厚的50%。同时本发明减少了制动鼓、轮毂的加工部位,不需要对装配面进行加工,提高了生产效率;同时也没有装配风险,一体式制动鼓轮毂铸件同心度高,提高了制动鼓、轮毂整体使用稳定性和安全性。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,其特征在于,包括:
高强度、高韧性球墨铸铁制动鼓轮毂一体式外壳的壳体制备工艺和制动鼓制动面高碳当量、低合金化灰铸铁层的内层制备工艺;
其中,所述壳体制备工艺采用热芯盒覆膜砂壳型铸造生产工艺,具体如下:
A.根据一体式制动鼓轮毂产品的内外结构,等比例设计后,形成用于浇注的砂壳;
B.将一个或若干个砂壳置于砂箱内部,并采用铁砂进行覆盖并震动紧实;
C.将生铁、废钢、增碳剂和硅铁,采用中频感应电炉熔炼,并控制炉内原铁水的化学成分,当炉内铁水温度达到1550-1560℃时,进行出炉球化,同时,在熔炼过程中,要求在1535-1540℃时,进行高温静置,静置时间4-6min,静置后撒聚渣剂进行扒渣;其中,所述炉内原铁水化学成分的质量分数为:3.75-3.85%C,0.92-1.08%Si,0.26-0.45%Mn,<0.05%P,0.016-0.028%S,<0.13%Cr,0.46-0.75%Mo,其余为Fe及其它杂质成分;
D.采用粒度为5-15mm的球化剂对出炉的铁水进行球化,所述球化剂的加入量为1.05-1.25%的出铁铁水重量;所述球化剂的化学成分的质量分数为:4.15-5.3%Mg、2.2-2.8%Re、40-45%Si、1.25-1.75%Ca;与此同时,在所述球化剂的表面覆盖化学成分质量分数为:71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca的一次孕育剂,对出铁铁水进行一次孕育;所述一次孕育剂的粒度为3-8mm,加入量为0.9-1.1%的出铁铁水重量;
E.将球化及一次孕育后的铁水倒入浇注包,在倒包过程中,随流加入化学成分质量分数为71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca的二次孕育剂进行二次孕育处理;所述二次孕育剂的粒度为3-8mm,加入量为0.45-0.60%的球化铁水的重量;
F.检测铁水温度在1396-1425℃时开始浇注,整包浇注时间在7-9min,并在每个砂箱浇注时进行随流孕育,随流孕育剂的化学成分质量分数为71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca;且所述随流孕育剂的粒度为0.3-1mm,所述随流孕育剂的加入量为每个砂壳浇注铁水重量的0.08-0.13%;
G.铁水浇注完成后,开箱形成高强度、高韧性球墨铸铁制动鼓轮毂一体式外壳铸件,其中外壳铸件的化学成分质量分数为:3.65-3.75%C,3.35-3.86%Si,0.26-0.45%Mn,<0.05%P,0.016-0.028%S,<0.13%Cr,0.46-0.75%Mo,其余为铁和其它杂质;且外壳铸件本体的抗拉强度为750-850MPa,屈服强度520-600MPa,延伸率≥7%;
其中,所述内层制备工艺采用离心铸造工艺,具体如下:
a)将球铁外壳铸件经抛丸处理后置于卧式离心机上,开始浇注制动鼓内层灰铸铁层,内层灰铸铁层采用高碳当量、低合金化成分,其化学成分质量分数为3.48-3.55%C、1.47-1.68%Si、0.55-0.65%Mn、0.20-0.26%Cr、<0.08%P、0.061-0.089%S、0.45-0.48%Cu,其余为Fe及其它杂质成分;
b)在离心浇注过程中加入质量分数为71.5-77.0%Si、3.05-3.65%Ba、1.5-2.0%Ca的离心孕育剂进行孕育处理,所述离心孕育剂的粒度为3-8mm,加入量为0.33-0.45%的灰铸铁层浇注铁水的重量;
c)浇注完成后,将在制动鼓制动面上形成高碳当量、低合金化灰铸铁层,所述高碳当量、低合金化灰铸铁层的化学成分质量分数为:3.48-3.55%C、1.75-1.96%Si、0.55-0.65%Mn、0.20-0.26%Cr、<0.08%P、0.061-0.089%S、0.45-0.48%Cu,其余为Fe及其它杂质成分;灰铸铁层金相组织A型石墨>90%,石墨长度等级4-6级。
2.根据权利要求1所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,其特征在于:所述步骤B中采用铁砂进行覆盖并震动紧实的过程为:采用一定粒度分布的铁砂进行覆盖,不同铁砂粒度的分布占总铁砂的重量比例如下:
粒度为φ2.5-4.0mm的细铁砂占比30-35%,粒度为φ4.1-5.5mm的铁砂占比35-45%,粒度为φ5.6-7.9mm的粗铁砂占比20-30%,不同粒度比例可以提高铁砂的紧实度;同时在埋壳时,当铁砂没过砂壳1/2时开启震动紧实,震动频率3-5秒/次,间隔2秒,震动循环10次,提高铁砂的紧实度,避免铸件涨箱。
3.根据权利要求2所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,其特征在于:所述步骤B中将一个或若干个砂壳置于砂箱内部,并在砂箱箱底均匀开设8条100*2mm条形排气通道,排气通道采用环形设置,与砂壳相对应,利于覆膜砂浇注后形成的气体顺利排出。
4.根据权利要求3所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,其特征在于:在所述步骤D中涉及的出炉铁水球化孕育过程是在铁水包中进行,需先将球化剂加入至铁水包中,然后再将一次孕育剂添加至球化剂的表面,且每次加入材料后必须杵实,最后再在一次孕育剂的表面覆盖烘干后的球铁屑20-25Kg,以延缓球化剂的起爆时间,从而提高吸收率,避免球化衰退;最后在铁水包上面盖上引流包盖,其作用一是引导球化铁水避免冲击球化室,二是在球化反应过程中增加包内压力,避免Mg元素快速散逸到空气中,减少球化剂消耗。
5.根据权利要求4所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,其特征在于:在所述步骤F中涉及的浇注过程,需将浇注***设在制动鼓轮毂一体式外壳的顶部,并在浇口杯内安放10或15PPI、15mm厚度的陶瓷过滤片对浇注铁水进行过滤,同时利用制动鼓外法兰顶部均匀布设的3个侧面暗冒口对热节处进行补缩,三个暗冒口与内浇口呈交叉布置,避免形成扩大的热节;所述侧面暗冒口的直径是制动鼓轮毂一体式外壳铸件法兰壁厚的2-2.5倍,冒口高度80-100mm。
6.根据权利要求5所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,其特征在于:所述步骤G的开箱温度不超过450℃。
7.根据权利要求1所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法,其特征在于:所述内层制备工艺在离心浇注的同时,利用电磁场对浇注灰铸铁层中的铁水浇注和冷却过程进行干扰,通过静磁场对旋转金属液产生电磁搅拌作用,以改善灰铸铁层浇注铁水的凝固组织、控制成分偏析,电磁力的作用会促使凝固过程中析出的片状石墨弯曲、尖端变得圆钝,对防止制动鼓使用过程中工作面产生龟裂具有显著的效果。
8.高强度轻量化一体式复合制动鼓轮毂铸件,是根据任意一项权利要求1-7所述的一体式复合制动鼓轮毂铸件的制备方法铸造而成,且一体式复合制动鼓轮毂铸件包括一体式制动鼓轮毂外壳和耐磨灰铁层。
9.根据权利要求8所述的高强度轻量化一体式复合制动鼓轮毂铸件,其特征在于,所述一体式制动鼓轮毂外壳具有一轮毂部和一制动鼓部,所述轮毂部与所述制动鼓部通过一共有法兰部连接成一体,其中,所述轮毂部为中空状且轮毂部的内部从上而下依次设有第一轴承定位部、润滑油存储部、第二轴承定位部,同时在所述轮毂部的外表面上还设有沿轮毂部周向方向的定位凸台部,且定位凸台部与轮毂部的外表面相接的同时还设于共有法兰部的上方;所述制动鼓部呈中空状,且所述制动鼓部的结构从上而下依次为:共有法兰部、轮辐部、制动面部和回旋部。
10.根据权利要求9所述的高强度轻量化一体式复合制动鼓轮毂铸件,其特征在于,所述耐磨灰铁层设置在所述制动鼓部制动面的内侧。
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