汽车覆盖件冲压模具铸造工艺研究，值得一看

1 模具铸造工艺流程介绍

冲压模具是在冷冲压加工中，将材料（金属或非 金属）加工成汽车覆盖件成品（或半成品）的一种专用 工艺装备，其主体结构（模座、压料板、凹模、凸模等） 主要由铸造成型，如图1所示。

冲压模具从设计图纸到铸件成品，具有一套完善 的铸造工艺流程，其中最主要的部分是泡沫模（FMC 模具）制造、工艺配方制造、填砂造型及铸后去应力处 理，如图2所示。

通过选择不同的铸件材质及相应热处理工艺，满 足模具不同功能部位高强度、高硬度、高耐磨性及高 冲击韧性等性能需求。模座本体、一般压料板等对硬 度、耐磨性要求不高的常规结构类部件选用 HT300 （灰铁）材质，过桥压料板、修边凸模、修边/整形/翻边 镶块等对硬度、耐磨性、耐冲击性要求高的功能部件 选用ICD-5（铸钢7CrSiMnMoV）、QT600（球墨铸铁）等 材质，如表1所示。

2泡沫模制造质量控制

现代铸造一般采用消失模（泡沫模）实型铸造工 艺（见图 3），其具有模型加工灵活便捷、生产周期快 （约22~25天）、成本低、尺寸精确等优势。

泡沫模质量直接影响最终铸件 成品质量，作为铸造工艺流程中重要 的环节，须严格控制泡沫模质量。

主 要如下：

（1）材质、密度：泡沫模型需使用 泡沫颗小，密度大的泡沫材料进行制 造，建议 18~25kg/m3。目前国内泡沫 模主要使用的材质是可发性聚苯乙 烯泡沫（EPS），其优点是价格低、模型 强度好，缺点是由于其碳含量高，易 形成表面皱皮缺陷。碳渣上浮到铸 件顶面容易使铸件产生夹渣缺陷，需 设置好浇铸面及加工余量（一般 10~ 15mm，根据需要可增加至 20mm）来 避开夹渣层。

（2）尺寸要求：

a.缩水比：铸件在液态、凝固、固态的冷却过程中 会发生体积减少现象，即收缩。泡沫模型需根据模具 材质设定相应的缩水比（泡沫模型尺寸/模具设计理 论尺寸），一般灰铁、球墨铸铁缩水量比约为 1.01，铸 钢约为1.025。

b.加工余量：铸件成型后，需对模具型面、导板/镶 块安装面、滑配面等功能配合面进行精加工处理。为 保证加工量及避开铸件表面夹渣层，在泡沫模制造时 对加工面设置一定加工余量，如表2所示。

c.尺寸检测：为保证泡沫模型尺寸及加工余量准 确，在泡沫模型成品完成后需进行尺寸检测，常用白 光扫描检测，如图4所示。

（3）外观处理：为保证铸件表面质量，要求泡沫 表面平整光滑，避免变形、破损、缺料、表面粗糙、存 在异物、不清洁等缺陷。对于不同部位粘接部位，避 免脱落、裂缝、开口等缺陷。对凹凸模等重要部件， 建议采用整体泡沫机加工方式保证表面质量。此 外，为提高铸造质量，泡沫模实型投铸前，需涂一层 水基涂料。其主要作用如下：①降低铸件表面的粗 糙度值；②提高泡沫模型的刚度，防止在搬运、埋砂 时变形；③防止铸件产生机械粘砂，阻止金属液渗入 砂粒之间。

3铸件热处理工艺及成分性能分析

金属材料在固体范围内进行加热、保温和冷却， 以改变其内部组织，获得所需性能的一种方法称热处 理。铸件通过不同的热处理方式，可以获得所需的特 定铸铁材料力学性能及金相组织。

热处理的种类很多，根据其目的、加热和冷却方 法的不同，可以分为：普通热处理、表面热处理及其他 热处理方法。

普通热处理有退火、正火、淬火、回火；表面热处理 有表面淬火（感应加热、火焰加热等）、化学热处理（渗 碳、渗氮等）；其他热处理有真空热处理、变形热处理和 激光热处理等。热处理方法虽然很多，但都是由加热、 保温和冷却3个阶段组成，通常用热处理工艺曲线表示。

普通热处理是钢制零件制造过程中非常重要的 工序，其中：

（1）退火：退火工艺是将工件加热到适当温度，保 温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，实际生产 中常采取随炉冷却的方式。常用退火工艺方法 根据 处理的目的和要求的不同，钢的退火可分为完全退 火、球化退火和去应力退火等。退火的主要目的是：①降低硬度，改善钢的成形和切削加工性能；②均匀 钢的化学成分和组织；③消除内应力。

（2）正火：正火工艺是将钢加热到Ac（3 或Accm）以 上30℃~50℃，保温一定时间，出炉后在空气中冷却的 热处理工艺。正火的主要目的是：①对力学性能要求 不高的结构、零件，可用正火作为最终热处理，以提高 其强度、硬度和韧性；②对低、中碳素钢，可用正火作 为预备热处理，以调整硬度，改善切削加工性；③对 于过共析钢，正火可抑制渗碳体网的形成，为球化退 火作好组织准备。

（3）淬火：淬火工艺是将钢件加热到奥氏体化后 以适当方式冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理 工艺。淬火可以显著提高钢的强度和硬度，是赋予钢 件最终性能的关键性工序。

（4）回火：回火工艺是将经过淬火的钢件重新加 热到低于下临界温度Ac（1 加热时珠光体向奥氏体转 变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气 或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺，是钢件获 得所需性能的最后一道重要工序。回火的主要目的 是：①消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和 开裂；②调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使 用性能要求；③稳定材料组织与尺寸，保证精度；④改 善和提高加工性能。通过淬火和回火的相配合，才可 以获得所需的力学性能，如表3所示。

4 铸件常见缺陷及对策

消失模实型铸造工艺采用泡沫实型模样，浇注时 边充型边气化，存在着复杂的物理、化学反应，如果工 艺控制不当，就会产生铸造缺陷。常见的缺陷类型包 括粘砂、缩松、缩孔、缩裂、夹渣、夹砂等缺陷。其中， 夹渣、夹砂等夹杂类缺陷往往出现在铸件底面或型面 等重要部位，易导致铸件报废不良，需重点避免。

（1）夹渣。夹渣是夹杂缺陷的一种，又称渣眼，包 括铁液熔渣和模样残渣。一般呈黑色，大小不一，形 状很不规则，有块状、片状、线条状等。一般存在于铸 件内部，多见于铸件上表面的皮下和拐角处。通常铸 件外观良好，加工去除表面金属后才能发现，对生产 和质量危害很大。建议从以下几点防止：

a.铁液熔渣：①加强扒渣和档渣工作：在出炉前， 铁水表面撒聚渣剂并进行扒渣，使倒入浇包内的铁 水表面渣子尽可能少，铁水包液面上撒盖聚渣剂并 镇静 2～3min，让熔渣上浮聚合，然后充分扒净渣子 再浇注；②设置底注式浇道和聚渣冒口：底注式浇道 能使铁水自下而上平稳充型，有利于泡沫模样的充 分有序气化和渣子的上浮，铸件顶部设置聚渣冒口， 便于渣子的收集和去除；③采用过滤网：过滤网对细 小的熔渣都有很好的过滤作用，特别是浇注初期效 果明显，如果能够控制洁净的铁水，就没必要采用过 滤网。

b.模样残渣：①控制泡沫模的材质密度：模样密度 越低，热解气化反应越迅速、固态残余物越少，越有利 于铸件的浇注成型，减少铸件产生夹渣的机会，一般 情况下，要求EPS模样密度控制在18kg/m3 以上，如果 模样本身不易变形，外观成型良好，尽可能将密度控 制在下限；②减少粘结胶的用量：粘接模样和浇口要 使用粘结胶，各种胶的发气量和残留物量，远大于泡 沫塑料本身，粘接模样和浇冒口时，要做到尽可能少 用胶，对于减少夹渣提高质量有利，但须保证具有足 够的粘结强度；③使用空心浇道：空心浇道有利于铁 水的顺利充型，并最大限度减少发气和残渣，采用空 心浇道有困难时，选用泡沫板材切割浇道，也要尽可 能选择低密度板材，密度在 0.014～0.018g/cm3，在实 际生产中往往忽视浇道模样的密度。

（2）夹砂：夹砂是铸件夹杂类缺陷的另一种主要 形式，主要是型砂随浇注的铁水进入型腔而滞留在铸 件内部形成的。夹砂与夹渣的外观区别在于：机加工 后夹砂为白色颗粒状，大小同砂粒，多见于铸件浇注 位置的上表面皮下。建议从以下几点防止：

a.保证涂层连续、均匀、完整：根据我国消失模铸 造原材料、工艺和负压浇注的实际情况，小型铸件涂 层厚度一般控制在1～2mm为宜。浇注系统由于铁水 冲刷时间长、冲力大，浇道涂层一般要厚于铸件涂层， 实际操作时可加厚一遍。控制整个涂层不开裂、不破 损、不漏白。

b.提高模样粘接质量：模样与浇道粘结缝要严密， 不存在开口和缝隙，防止涂料渗入接缝中。模样与浇 道连接处要圆滑过渡，避免浇道与模样粘结部位存在 尖角，造成浇注冲砂。

c.提高涂料强度：合适的涂料强度有利于抵抗铁 水冲刷，涂料配比中，耐火粘结剂与有机粘结剂合理 搭配，使涂层具备良好的综合强度，增强耐高温冲刷 能力。膨润土、硅溶胶、水玻璃等无机粘结剂有利于 保持涂料高温强度。

d.使用专用浇口杯和密封泥：干砂造型需要用塑 料薄膜密封砂箱上口，将泡沫直浇道上端覆盖于塑料 薄膜之下。其上面需要放置或架设浇口杯，如为架设 浇口杯其出铁口要有一定的直段使铁流呈圆柱下落， 架设时要与泡沫直浇道中心对正；如为放置浇口杯其 下面用耐火泥条与塑料薄膜结合严密，两种情况下都 要掌握浇杯出口小于直浇道，防止高温金属液散流将 干砂冲入铸件。

5 结束语

消失模（泡沫模）实型铸造工艺，在汽车覆盖件冲 压模具中普遍应用。从泡沫模材质选用、质量控制、 铸造材料及热处理工艺选用、常见铸造缺陷提前预防 等各铸造工艺流程严格控制，可生产出尺寸精确、表 面平整光滑、具有良好韧性、耐磨、耐冲击等性能优异 的铸件。