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摘要：由于制动盘壁厚不均，导致凝固区域不一致而产生了铸造缩松缺陷。熔炼铁水冲击力大，导致在产品的安装面处出现渣疤、砂疤缺陷，产品的废品率居高不下，造成较大的经济损失。本文介绍了制动盘的生产工艺改进过程，消除了缩松，砂疤类缺陷，提高了生产正品的合格率。
关键词：浇注系统 ；制动盘；灰铁
FC02前制动盘是我公司配一汽大众速腾的一个关键刹车配件，材质为HT250 ,要求铸件本体抗拉强度> 220 MPa ,本体硬度187～241 HB，珠光体含量> 90 % ,石墨形态以A 型为主,长度3～5 级。作为汽车重要的保安零件之一，刹车盘不仅要有良好的耐磨性能和较高的常温强度,更要求铸件有较高的高温疲劳强度，以适应汽车高速频繁刹车对盘体造成的高温、热扭和应力集中，最终导致铸件发生断裂失效。所以缩松、砂眼、渣眼等缺陷作为铸件断裂的根源[ 1 ] ，在合格的刹车盘零件上是绝对不允许出现的。以下介绍此制动盘的工艺改进过程。制动盘铸件二维图，见图1 。
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图1：铸件二维图
1.产品的问题
FC02前盘铸件材质为H T250 ，控制化学成分w 为：3. 0 %～3. 4 %C ，1. 9 %～2. 3 %Si，0. 6 %～0. 9 %Mn ，< 0. 1%P ， < 0. 1%S ，Cu 、Cr 适量。采用3吨中频感应电炉熔炼，出铁温度1500～1 540 ℃，浇注温度1 460～1 380 ℃。造型设备为日本新东FCMX水平分型无箱射压造型线，每型1件，砂型面硬度大于85，砂胎面硬度大于80 。原模具工艺三维数模图，见图2 。
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图2：原模具工艺三维数模图
产品试验浇注100件，在安装面处有许多渣眼类缺陷图3 ，经X线探伤及产品本体解剖切割后发现，在通风槽处发现有缩孔类缺陷肉眼可见(见图4) ，产品缺陷的发生率为100 % ；
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图3：表面缺陷 图4：缩孔缺陷
2.产品缺陷分析
2.1表面可见缺陷：
表面缺陷可能为砂疤或者是渣疤缺陷。主要为铁水充型时铁水速度过快，没有有效的挡渣作用，从而有异物进入型腔所致。为了能准确分析产品缺陷，避免走弯路，我们在产品缺陷处取样进行能谱分析，经分析主要有Al2O3、MnO、CaO、TiO2、SiO2等氧化物，具体如示如2-1所示。跟据上述检测的数据分析结果，我们判定此铸件缺陷主要为氧化夹渣缺陷。
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图2-1：能谱分析图
2.2内部缩孔缺陷：
该铸件壁厚均匀，平均壁厚为8 mm ，铸件模数为0. 4 cm，单件毛重8. 5 kg，为均匀稀疏体类铸件，一般的浇注系统即可满足铸件的补缩要求，不需要单设冒口[2 ] 。浇注系统采用底注工艺,从安装面分3处均匀进水，由于铁液流动而形成的流通热节也比较小，所以从理论上讲该铸件是不容易产生缩孔、缩松缺陷的。但由于是人工手工浇注，可能会引起某处进水过程不均匀，导致局部温度过热，在均衡凝固时不能实现自补缩导致缩孔的形成。
经过上述分析，缺陷的产生主要是由于铸件浇注系统设置的不合理所导致。因此我们需要重新设计新的浇注工艺来减少产品废品率，提高产品的成品率。
3.工艺改进方案
3.1减少缩孔缺陷措施：
3.1.1内浇道均匀分散引入铁液，减少盘片局部处过热，防止流动热节的形成。
3.1.2按照铸铁件均衡凝固的观点，越是薄壁小件，收缩值越大，越要强调补缩。因此盘盘径大，收缩量也比较大，因此需设置冒口补缩。
3.1.3横浇道设置为窄高型便于撇渣和浮气；内浇道设置短、薄、宽的形状，偏于泄压及挡渣。
3.1.4铸件-冒口接触热节大。如果压边冒口压边区域形状选择不当，铸件-冒口区域在凝固过程中易出现热节集中，压边区域后冷，冒口补缩效果差，易产生缩松缺陷。通过CAE模拟分析得出厚盘压边冒口压边区域形状为宽压边式，使热节分散，使铸件-接触热节-冒口建立顺序凝固充分发挥冒口补缩效果。
3.2减少渣疤缺陷措施：
3.2.1在铁水出炉之前，关闭炉子功率，对铁液进行10分钟高温静置，使渣子能充分上浮，并用石川4号除渣剂进行除渣两次，使铁水表面无漂浮物为止。
3.2.2在浇注之前，使用石川4号除渣剂进行第三次除渣，保证铁液的纯净。
3.2.3在浇注系统中设置过滤网，提高滤渣和稳流的效果。
3.2.4在浇注系统中设置挡渣系统。防止二次渣进入型腔。
按上述改进措施对浇注系统进行了重新设置，新模具工艺图如图3-1如图所示：
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图3-1 新模具三维数模工艺图
4.生产验证及总结
(1) 经过工艺改进后重新进行产品试浇,已无缩松渣孔缺陷。产品大批量生产时, 缩松缺陷发生率已几乎为零, 产品的废品率控制在3%以下。
(2) 均匀浇注进水可防止充型过程中产生流动热节引起的补缩不足现象。
(3)过滤网及浇注系统的设置可以有效的阻挡垃圾以及铁水中渣子进入型腔和铁水对型腔壁的冲刷。
参考文献：
[1]乔晓爱，张保杰，制动鼓铸造工艺性分析，铸造工艺，2009.6；
[2]铸造工程师手册编写组，铸造工程师手册，机械工业出版社，1997，510-531，607-611；