变速箱壳体铸造工艺设计

金属铸锻焊技术Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ

寸过小或切边材料过少时，材料会被拉入模具间隙内而成为毛边，此时必须加大冲裁的搭边尺寸或切边余量。

２００８年９月

刃磨后，尺寸会发生变化，特别是采用上小下大锥形凹模口设计的冲裁模，由于凹模刃口壁向外倾料，刃磨模具的上表面后，其水平尺寸必然会产生一个增量。因此，刃磨前应该按照锥形的角度进行计算，刃磨时要注意实测制件尺寸，防止因多次刃磨使制件尺寸增量过大，导致产品超差。

３模具的刃磨

冲压生产中对模具进行合理的刃磨，可以有

效地提高冲模的寿命，节省模具费用，大幅度降低产品成本。

当冲模刃口磨损到一定程度时，原本锋利的刃口变钝了，会造成冲裁件毛刺过大，尺寸与形位精度下降。因此，模具必须进行刃磨，以恢复其锋利的冲裁刃口，减小冲裁毛刺和尺寸与形位偏差，改善成形件表面质量。如果不及时刃磨模具，会因为拖延刃磨时间，使得已经磨钝的刃口遭受坚硬、过大、过厚毛刺的剧烈摩擦，形成模具恶性循环的过度磨损，导致要以几倍的刃磨量才能够使刃口恢复锋利，大大缩短模具的寿命。当制件的毛刺即将超出允许毛刺高度时，应立即停止生产，对模具进行刃磨。在生产实际中，现场工人习惯凭手感确定制件毛刺大小并确定刃磨时机，这样操作误差较大。最好通过检测制件的毛刺高度及厚度、毛刺分布均匀程度、冲件尺寸与形位精度及冲切面质量等，来掌握刃口磨损情况、刃口变钝程度，从而确定模具的最佳刃磨时机。

模具刃磨量必须根据刃口端面和侧面的实际磨损情况而定，此外，还应该考虑材料厚度、凹模形状结构以及刃磨次序等相关因素。凹模经多次

４结束语

冲压生产效率和成本对模具的依赖性很大。对生产过程中模具出现的故障，应具体问题具体分析，制定正确的维修方案。及时解决模具损坏、卡模、刃磨和产品质量缺陷等问题，处理好模具维修与报废的关系，才能减少停产修模时间，缩短生产周期，保证冲压生产的正常进行。参考文献：

［１］文琍，夏江梅．

２００２，（３）：５９－６１．［２］付翔．

１１１－１１２．

［３］卢金斌，张太超，张文勇，等．高速钢冷挤压凹模开裂失效分

析［Ｊ］．模具工业，２００７，（１）：６８－７０．

浅议模具的使用和管理［Ｊ］．

现代机械，２００２，（４）：

冲模寿命与模具维修［Ｊ］．

金属成形工艺，

［４］张文玉，刘先兰．模具加工过程中的缺陷及其预防措施［Ｊ］．

机床与液压，２００６，（１１）：２４２－２４５．

［５］聂小武，鲁世强，王克鲁，等．壳体零件缩孔缺陷的解决［Ｊ］．

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［６］庞祖高，苏广才，夏薇，等．影响温挤压模具的寿命因素及对

策探讨［Ｊ］．锻压技术，２００６，（２）：５２－５５．

变速箱壳体铸造工艺设计

ＤｅｓｉｇｎｏｆＣａｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＨｏｕｓｉｎｇ

吕建强１，２

（１．淮阴工学院机械工程系，江苏淮安２２３００１；２．江苏清江农业装备有限公司，江苏淮安２２３００５）

中图分类号：ＴＧ２４１

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００１－３８１４（２００８）１７－０１４８－０３

１生产条件

变速箱壳体铸件材质ＨＴ２００，铸件质量８２

１０￣３０ｍｍ，主要壁厚１０ｍｍ，如图１。采用５ｔ／ｈ倒

大双热风冲天炉熔炼，铁水出炉温度１４００￣１４５０

ｋｇ，外形尺寸５５２．５ｍｍ×５１３ｍｍ×４８８．２ｍｍ，壁厚

收稿日期：２００７－１２－２１

作者简介：吕建强（１９６６－），男，江苏淮安人，高级工程师，学士，主

要研究方向为工装模具设计；电话：０５１７－３７３２９５９；

℃；采用Ｚ２１４０顶箱震实式造型机湿砂型造型，

漏模起模，砂箱尺寸９００ｍｍ×７００ｍｍ×３５０ｍｍ；采用Ｚ８７８翻台震实式制芯机，合脂砂制芯。

２工艺分析

箱体类铸件的收缩率受铁水的化学成分、浇

Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｖｊｉａｎｑｉａｎｇ１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ

１４８ＨｏｔＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００８，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．１７

上半月出版

注温度、铸件本身结构特征、铸型的退让性和泥芯的退让性等多种因素的影响，尤其是化学成分、浇注温度的影响使得同一种铸件在每一炉次甚至同一炉次的尺寸都有差异。一般灰铁件的收缩率在０．７％

Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ金属铸锻焊技术

５５２．５

４２１

￣１％之间。

箱体类零件的尺寸精度除

图１变速箱壳体

因此，要生产出合格的零件，在复杂形状箱体类铸件铸造模具设计制造中必须采取一系列的工艺措施，选择灵活适当的工艺参数。

该铸件可视作由近似长方箱体和喇叭口盘状两部分形状组成。泥芯被金属包裹面积较大。喇叭口盘状泥芯尺寸较大，为增强泥芯的排气，在分芯面处开通气槽、扎通气孔，这样既利于浇注时泥芯中的气体排出，也利于泥芯烘干时气体的排出，缩短泥芯的烘干时间。当烘干时间不足时，喇叭口盘状泥芯中心部位常易出现不干现象。

下

图２变速箱壳体工艺示意图

数。

内浇道总断面积

! Ｆ内＝

Ｇ９３＝≈６．２（ｃｍ２）

０．２ｔ! ｐ０．２×２１! Ｆ直：" Ｆ横：#Ｆ内＝１．４：１．２：１

式中：$Ｆ内为内浇道总断面积（ｃｍ２）；Ｆ直为直浇道断面积（ｃｍ２）；%Ｆ横为横浇道总断面积（ｃｍ２）。

３工艺参数计算及措施

根据铸件特点采取中间分型、分芯方式，浇注为了提高铸型系统开设在分型面处，采用封闭式。

通气性，在所有最高点处扎! ６ｍｍ明出气孔，同时在最高处设一! １００ｍｍ顶部缩颈冒口，既起排气、溢流又起补缩作用。工艺图如图２所示。

３．２工艺参数的校核

型内液面上升速度

ｖＬ＝ｈ＝４８．８≈２．３（ｃｍ／ｓ）＞２ｃｍ／ｓ，符合要求。

最小剩余压力头高度

３．１工艺参数的计算

浇注时间

ｈｍ＝Ｌｔａｎ" ＝４０ｔａｎ１０≈７（ｃｍ）＜１２ｃｍ，符合要求。

式中：ｈｍ为最小剩余压力头（ｃｍ）；Ｌ为液态金属的流程（ｃｍ）；α为压力角（°）。

ｔ＝Ｓ! ＝２．２! ≈２１（ｓ）

式中：ｔ为浇注时间（ｓ）；Ｓ为系数；ＧＬ为型内金属液总质量（ｋｇ）。

平均静压力头

３．３工艺措施

外模采用漏模起模形式，顶面机械加工余量取４ｍｍ，底面、侧面机械加工余量取３ｍｍ，拔模斜度取１ｍｍ正拔模斜度，长度方向收缩率取

ＨＰ＝Ｈ０－０．１２５ｈｃ＝３５－０．１２５×４８．８≈２８．９（ｃｍ）

式中：ＨＰ为平均静压力头（ｃｍ）；Ｈ０为作用于内浇道的金属液静压力头（ｃｍ）；ｈｃ为铸件高度（ｃｍ）。

平均有效静压力头

１％，其它方向取０．７％。

变速箱壳体机械加工时，以下面大圆盘进行主定位，上部侧面两点进行辅助定位。由于铸件长度方向尺寸较长（约５５０ｍｍ），同时结构较复杂，需采取一定的工艺措施保证，为此在方法兰背面增加１

ｈｐ＝

ｋ２１＋ｋ１＋ｋ２

２

＝ＨＰ＝

１．４２×２８．９≈１２．９（ｃｍ）１＋１．２＋１．４

ｍｍ厚度的工艺补正量，以保证在发生１ｍｍ以内

错箱时法兰强度不受影响。同时对各种塔子按长度方向增加２ｍｍ工艺补正量。方法兰连接孔处的槽

式中：ｈｐ为平均有效静压力头（ｃｍ）；ｋ１、ｋ２为系

《热加工工艺》２００８年第３７卷第１７期１４９

４８８．２

机械加工中的定位误差和机械加工误差的影响。

上

２２９

偏芯、变形以及受铸件收缩率影响外，还受到错箱、

５１３

金属铸锻焊技术Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ左右各增加１ｍｍ宽度，这样利于装配。

需泥芯中的各轴承孔机械加工余量取６ｍｍ。加工的凸台机械加工余量取５ｍｍ。芯头按零件开口处形状随形设计，这样披缝易于清除。上型芯头外模于泥芯之间设置０．５ｍｍ间隙。

为防止芯头处产生挤砂缺陷，在芯头一周设置１．５ｍｍ×１５ｍｍ防压砂环，如图３Ａ处所示。同时为了防止泥芯产生上漂现象，在上芯头处设置压砂环，如图３Ｂ处所示。

为防止手工扎气孔时，使扎气孔根部铸型变形或破坏，在需扎气孔部设置! ８ｍｍ×

２００８年９月

０．５

３０ｍｍ通气针，铸型起

模后手工扎穿。

图４变速箱壳体模具

局部示意图

芯盒主体采用铸铝件。芯盒中铸件中间的筋板取负拔模斜度，做成镶块结构，这样以利于筋板位置产生误差需调整时，进行调整，同时还利于日后维护和更换；材料采用球墨铸铁件以提高燕尾部分的强度和耐磨性，因为中间筋板容易损坏，活块的燕尾和筋板的燕尾槽易于磨损。轴承孔机械加工余量取６

ｍｍ，塔子不易拔模处做成活块，材料采用铸铜件，

Ｂ

Ｒ３

Ｃ

１

１５Ａ

机械加工余量取５ｍｍ，活块深度至镶块底，高出泥芯高度，以利于取活块，如图５所示。

１．５

３

１

５

活块

图３防压砂环和压砂环

５

内腔各球形塔子按图纸要求高度，增加圆弧半径，以防止偏移而造成螺孔打穿。

因变速箱壳体泥芯尺寸较复杂，合脂泥芯因蠕变的影响，高度尺寸变化较大，为保证泥芯尺寸，在泥芯高度方向留２ｍｍ磨削余量，待泥芯烘干后借助磨芯工装通过磨芯机磨削，保证高度方向尺寸。

在大喇叭状上、下泥芯尾部分别设计两个平台以利磨削泥芯时进行定位，同时利于下箱泥芯的定位和防止泥芯旋转。

在下箱泥芯两端的芯头部位分别设置两处空腔，以利于下泥芯时由手抬泥芯或夹具夹持泥芯。

生产中发现，方法兰中部常出现裂纹。分析认为，方法兰窗口处收缩阻力大，应力很大，由于清理铸件时锤击方法兰中部，从而引起裂纹出现。当清理铸件时，只锤击方法兰一周，不锤击方法兰中部，裂纹问题基本解决。

活块与芯盒体接合尖角处活块做出３×倒４５°角，以防止散砂垫起活块；同时在活块两端芯盒体底部各设一小孔，以利于落入活块底座的散落砂的清除，如图５Ａ处所示。

在各泥芯头外端一周，根据刀具情况加工

Ａ镶块

Ｒ５￣１０ｍｍ圆角，以防止下芯时产生铲砂并起积砂

槽作用，如图３Ｃ处所示。

为增强芯盒强度和刚度，在芯盒底增加一定高度，在芯盒的底部和侧面设置适当数量的加强筋，芯盒上面加厚４ｍｍ耐磨钢板。

５结束语

对于箱体类铸件，虽然可以通过先期用木模试制取得一些数据，但因试制时是手工造型，影响因素复杂，因此，对于未进行过类似机造模具设计者，初次进行模具设计时，务必注意工艺补正量的应用，同时在相对长度较长的方向预留修正量，这样当试模中发生较大误差时可以进行补充加工，以获得较理想的铸造模具。

４模具设计要点

外模与型板联接处设计一圈３０ｍｍ宽、３０

ｍｍ高法兰，以利于增设和改动螺孔和定位销孔，

同时利于在日后的模具维护中重新设置螺孔和定位销孔。为增加模具的强度，在模具内腔设置一定数量的加强筋，加强筋高度至分型面，漏模框与外模之间间隙取０．５ｍｍ。如图４所示。

１５０ＨｏｔＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００８，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．１７

６

图５芯盒局部示意图