凸轮轴设计

四川大学锦城学院《凸轮轴铸造工艺的探讨》

课程设计报告

报告题目：凸轮轴铸造工艺设计

所在班级：材料成型1班

小组成员：尹汉雄、刘东源、刘云翼、陈洋指导老师：李小平

完成时间：2012年6月18日

目录

1.生产条件............................................................................................. - 3 -

2.化学成分的选择 ................................................................................ - 3 -

3.球墨铸铁的熔炼及操作要点 ............................................................ - 4 -

4.球化处理............................................................................................. - 4 -

5.球墨铸铁的孕育处理操作 ................................................................ - 5 -

6.球铁的炉前检验 ................................................................................ - 6 -

7.浇注及铸造工艺参数 ........................................................................ - 6 -

8.造型工艺............................................................................................. - 7 -

9.出气孔................................................................................................. - 9 -

10.模样选择......................................................................................... - 10 -

11.砂箱的选择和设计......................................................................... - 10 -

12.铸件的冷却..................................................................................... - 10 -

13.铸件浇冒口、飞翅和毛刺的去除 ................................................ - 11 -

14.铸件的表面清理 ............................................................................ - 11 -

15.铸件的挽救..................................................................................... - 11 -

16.铸件的防锈涂装 ............................................................................ - 11 -

17.铸件质量的无损检验 .................................................................... - 11 -

18.热处理工艺..................................................................................... - 12 -

19.热处理检验 .................................................................................. - 13 -

20.结束语............................................................................................. - 15 -

凸轮轴是发动机的一个关键部件，它关系着进排气的大小及准确，直接影响燃烧比，关系节能降耗和环境污染问题，耐磨才能始终很好的保证发动机符合设计参数，提高整个发动机的性能。珠光体球墨铸铁用于凸轮轴是一种较理想的材质。

1.生产条件

采用1t中频率感应电炉熔炼铁液。生铁用Q10或Q12球墨铸铁专用生铁。炉前用堤坝式浇包进行球化，球化剂放入堤坝后用球铁屑或者球铁板覆盖，上面再加上珍珠岩捣实。铁液出炉的温度1450~1470°C。球铁孕育后，浇注三角试片，检验球化孕育情况。造型合箱时在浇注系统中安放纤维过滤网，对铁液进行过滤处理，以减少夹渣等缺陷。

2.化学成分的选择

球墨铸铁化学成分的选择，是根据其铸件机构，需要的组织，力学性能和铸造性能来确定。原铁液化学成分的一般选择原则是高碳，低硅，低锰、磷、硫，通过加大孕育来保证质量。

2.1碳当量与灰铁相比球铁可以选用较高的碳当量，一般多为共晶或过共晶成分，上限以不出现石墨漂浮为原则，下限以不出现自由渗碳体，保证球化，孕育为准。把碳当量控制在4.2%-4.8%之间则缩孔小,缩松少,可以健全铸件.

2.2 C 提高含碳量，增加碳当量，析出石墨数量多，球径细小，圆整度好，有利于石墨的球化，还能防止铸态出现过多的自由渗碳体，铁叶充型能力好，缩松小且集中，锁孔易补缩。但增加铁素体的数量，减少珠光体的数量。所以珠光体球铁不易太高，太高就有石墨漂浮的可能。对铸态球墨铸铁来说,增加含碳量可以减少游离渗碳体,碳的质量分数接近3%时,渗碳体消失:超过3%时开始出现铁素体.球光体凸轮轴一般在

3.5%~3.9%。

2.3 Si球墨铸铁中的硅主要来自三方面：原铁液的含量，球化剂带入量和孕育剂带入的硅量。球铁含硅量越高，石墨球数目面增多，圆整度越好。球铁的含量决定于铸件的壁厚大小和金属基体组织的要求，凸轮轴属于厚大件，含硅量应低些，以防止石墨漂浮。自由渗碳体的防止主要依靠孕育来解决。含硅量应控制在2.0%~2.6%。

2.4 Mn球墨铸铁中，球化元素的去硫能力比锰强，锰主要起到化合作用，锰对稳定珠光体的作用也很明显.可以消除铁素体组织特别是消除石墨球周围的铁素体组织。有时候形成少量的碳化物，对于厚大断面的铸件来说,锰是偏析倾向特别显著的元素,锰是再残余铁液中富集的元素,锰被不断长大着的共晶团所排挤,以致富集在共晶团边界上,因此便在共晶团边界上形成富锰的组织成分,最后则以碳化物形式凝固,在晶界处形成硫化物，因此不易过高。过高还会有增加铸件的缩松化倾向，增大线收缩率，降低球铁的塑性和韧性。凸轮轴属于厚大件更为严重，应严格控制，一般在0.4%~0.6%之间。

2.5 P 磷是有害元素，在球墨铸铁中,因其呈粥样的凝固方式, 磷很容易偏析,当磷的质量分数接近0.1%时,就会出现体积分数为2%的磷共晶.随着铸件壁厚增加,则偏析加速,在热节部位,磷共晶数量就多,使球铁的伸长率、冲击韧性和强度剧烈下降，还会增加缩松、缩孔级裂纹的机率，磷的质量分数超过0.06%时,塑性(即断后伸长率)和冲击韧度急剧下降,为此,珠光体球墨铸铁要求含磷量更低,对于结构零件,磷的质量分数不应大于0.07%,最好在0.05%~0.07%。

2.6 S 在球铁中硫是反球化元素主要视为有害元素。硫和镁的亲和力很强，原铁液含硫高，球化剂加入铁液后，首先和硫发生反应而脱硫，生成硫化物或硫氢化物，消耗较多的球化化剂，而且使处理后的铁液温度降低，过高时易造成球化不良和球化早起衰退现象，而且脱硫所生成的夹杂物增多，易使铸件产生夹渣、皮下气孔等缺陷。所以原铁液中的含硫量越低越好，一般控制在0.1%以下，越低越好.

2.7 残余镁量和残余稀土量

球化剂一般常用稀土镁。加入稀土元素能起辅助球化作用，残余镁量可适当减少，而稀土残留量一般应低于镁的残留量，才能使石墨球形圆整，一般Mg残一般在0.03%~0.05%，RE残在0.02%~0.04%。铸件越厚，碳硅含量越高，镁的残留量要求越高，但是残余镁量和残余稀土量过高也不好。残余镁量过高，非金属夹杂物、针孔、缩松及铸件的白口倾向明显增加，残余稀土量过高，会恶化石墨形状，导致球化不良和“反白口”。

3.球墨铸铁的熔炼及操作要点

3.1 铁液温度

由于球铁经过球化孕育处理后，铁液温度要降低50~100°C，同时为了减少夹渣，气孔等铸造缺陷和保证较高的浇注温度，必须有较高的出铁温度，至少在1140~1470°C。温度太低易导致球化不良，浇不足，夹渣及皮下气孔等铸造缺陷；温度太高，球化剂会氧化烧损，同样会造成球化不良。

3.2球墨铸铁的配料

对原材料生铁必须选用高碳低硅、低锰、低硫、磷和含有尽量少的反石墨化球化的元素的生铁，最好选用球铁专用生铁如Q10、Q12等。配料中多用生铁，少用废钢，回炉易选用纯球铁回炉，便于掌握成分。

3.3 含硫量球墨铸铁生产中应尽量降低原铁液的硫含量。因为高温和低硫是提高球铁产品质量和降低废品率的关键，冲天炉一定要经过脱硫，因为一般多为酸性冲天炉，炉渣碱度不高，焦炭业增硫，所以冲天炉溶化铁液含硫量都较高，用这样的原铁液处理球铁，不是球化不良，就是力学性能不高，容易造成球铁废品率过高和质量不稳定。

4.球化处理

一般常用稀土镁硅铁作为球化剂，它与铁液作用平稳，多采用冲入法进行球化处理。这是迄今为止国内外应用最广泛的球化处理工艺,原铁液温度要求大于等于1450摄氏度,硫的质量分数应小于0.1%一般采用稀土镁硅铁球化剂,其含镁量与处理铁液温度的关系列于表.

球化剂中稀土含量应低于镁含量.,球化处理包的深度与内径之比值应大于 1.5.处理包的凹坑面积占包底面积的2/5-1/2.

4.1 冲入法球化处理工艺操作要点如下：

①准确称量球化剂合金，严格控制球化剂加入量。

②将稀土镁合金放在包底堤坝一侧，用平锤捣实，再将合金上面覆盖球铁屑，然后在覆盖一层珍珠岩并捣实。这样可以延缓球化反应时间减缓反应的激烈程度，以利于镁的吸收。

③铁液流不能直接冲击稀土合金，第一次出铁约为整个处理铁液量的2/3左右，让铁液自然翻腾蹈作用完毕。

④不加铁液量至需要铁液量，同时在出铁槽均匀的加入硅铁粒进行孕育处理。

⑤在炉前进行充分搅拌，并扒渣2~3次，然后用珍珠岩覆盖铁液表面保温

⑥舀取球化孕育后的铁液浇注炉前试样，进行炉前检验和判断，决定球化孕育是否合格，铁液能否浇注。

4.2冲入法处理球墨铸铁操作上应注意一下几点：

①球化处理所用的浇包高度一般是直径的1.5~2倍，这样可以加大镁汽沸腾时穿透铁液的路程，提高镁的吸收率。浇包必须烘干、烘透。使用时增多将浇包用铁液烫一下，或预热到暗红，以避免降温过多。

②球化剂加入量一定要准确，加入量过少会导致球化不良甚至不球化；加入量过多，虽然可以保证球化但会使铸件的白口倾向增大，产生大量的渗碳体，影响力学性能，热处理时要用高温正火工艺，才能分解，同时容易造成夹渣和皮下气孔等铸造缺陷。球化剂的加入量，一般与铁液的含硫量、铁液温度、铸件壁厚以及稀土镁合金的Mg量等因素有关，而在很大程度上决定于镁液含硫量的高低。原铁液含硫量在0.06~0.08%.时，加入量约为1.3~1.6%，原铁液含硫量在0.02一下，稀土镁合金的加入量仅需0.8%~1.0%，即可保证球化。

③球化剂要赶早，潮湿后使用前要烘干。

④球化剂覆盖的送集成度直接关系到与铁液的反应速度，太松时铁液易钻入间隙，使球化剂上浮烧损，造成球化失败或级别达不到；过紧易烧结成块，降低反应速度，延长球化反应时间，球化效果也不好应松紧合适。

⑤处理球铁时，由于加入球化剂。孕育剂等合金，处理时间长，因此要求有较高的铁液出炉温度，单过高的铁液出炉温度又会使球化反应激烈，镁的吸收不好造成球化不良，因此需要较低的反应温度。可在球化剂上覆盖铁屑或球铁板来降低反映的温度和速度，也可以用倒包的方法来降低处理温度。

⑥出铁量要准确，由于球化时的镁光耀眼，第一次放铁液的量不易看清楚而估计不准。此时操作者可以戴颜色较深的眼镜，如第一次出铁少，则第二次出铁时铁量应相应的减少，如第一次出铁量少而第二次出铁量多，会使铁液中的残余镁量降低，造成球化不良或不球化。

⑦球化剂反应的时间一般为2~3min，反应时间过短，说明反应激烈，不利于镁的吸收，反应时间过长，则铁液温度下降过多。

⑧孕育剂的加入应在第二次出铁时加在铁液流上。出铁后，应进行充分的搅拌，以防止孕育剂漂挂在表面渣层上。

⑨扒渣操作应彻底。在第二次出铁后，应进行2~3次的扒渣，一定要把铁液表面上的浮渣扒除干净，防止夹渣缺陷和“回硫”现象。

5.球墨铸铁的孕育处理操作

球铁球化处理后，还要进行孕育处理，这也是获得高质量球铁的一个重要环节。

孕育处理的目的和主要作用如下：

1）增加球墨数，使石墨球径变小，提高石墨圆整度，分布均匀，提高球化率。2）消除球化元素所造成的白口倾向，获得铸态无渗碳体的铸件。3）提高力学性能和满足金相组织的要求。

孕育剂一般用75硅铁，在加入铁液前破碎成一定粒度，一般2~10mm，视处理铁液量和铁液温度而定，铁液量多，温度高可稍大一些，但不能太大，粒度太大则吸收溶解不好，有时使铸件形成硬质点，粒度太小则容易氧化烧损，孕育效果不好。使用前最好经200℃左右充分预热处理，特别是冬天，以免铁液降温

太多。

孕育剂的加入量随铸件壁厚、金相组织要求以及孕育处理方法而定。一般采用一次孕育法，孕育量交大，珠光体球铁用量 1.0%~1.3%，铁素体球铁用量为1.3%~1.5%。厚大件取下限，薄小件取上限。

瞬时孕育为补充孕育或叫强化孕育，可以避免孕育衰退现象，提高孕育效果，孕育量较小。

孕育处理后要及时浇注，最好控制在10min以内，以防止球化及孕育衰退。

6.球铁的炉前检验

在球铁孕育处理后，必须对铁液的球化和孕育情况进行迅速而准确的判断，以了解球化孕育处理铁液的质量，以便及时采取措施进行适当处理，确认球化、孕育良好，方可进行浇注，以避免造成浪费。

6.1 火苗鉴别法

铁液经球化孕育处理后，在补充铁液时，及铁液搅拌和倒包时，可以看到铁液表面会冒出亮白色的火苗（形似蜡烛火苗），这是镁蒸汽逸出铁液表面并发生氧化燃烧的现象。火苗的长短与多少，与铁液中的残余镁量有关。根据火苗的特征可以大致判断铁液的球化情况，火苗长而有力，说明铁液残余镁量高，球化良好；若火苗高度小，数量少，则可能球化比较差。

6.2 观察氧化皮法

处理后的铁液易氧化，铁液表面形成一层氧化皮，铁液温度越低，氧化皮越明显。如果铁液表面平静，覆盖一层氧化皮，表示球化良好；铁液表面翻腾，氧化皮时断时续，则表明球化不良（铁液包不干时不算）；铁液表面十分活跃，氧化皮较少并集中在中心，则表明铁液未球化。这主要凭经验判断，不是太准确。

6.3 三角片或圆形试棒端口检验法

将处理后的铁液浇成三角试样或圆形试样冷到暗红色后，淬水急冷，观察其断面。三角试片淬水时要平面向下，尖角朝上。如果端口晶粒细密呈银白色，中间有缩松，试块两侧向内凹入时，表示球化良好，若端口晶粒较粗，呈灰色或暗灰色，或银白色中分散黑点，则球化不良或未球化。球化良好的试块敲击发出的声音如钢声音清脆，若声音哑沉则球化不好。球化良好的试块激水后桥段遇水后有较浓的臭电石味，味淡或消失很快，也是球化不良。如端口呈麻口或白口过大，晶粒不明显，呈放射状结晶，一般可认为球化良好，但孕育较差，应补充孕育。

球化不好和孕育不好的试片都易断，白口大的是孕育不好，发乌或呈灰色的是球化不良。值得注意的是，打试片的砂子要干一些不能太湿，太湿虽好造型，但易出气孔，看不出中心是不是有缩松，不易判断准确，要尽量与造型沙一致或略干些，有条件的最好用干型砂造型。目前应用炉前分析检验最为准确。

7.浇注及铸造工艺参数

7.1 球墨铸铁的浇注温度为1400-1450℃（该温度为原铁水温度，经球化和孕育后温度会降低60-100℃）。浇注温度确定原则是：1、能浇满铸型；2、在满足第1条的条件下，温度越低越好，以减少液态收缩量，减少缩孔和缩松。

7.2 铸件尺寸公差

铸件尺寸公差是指的是公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。在这个两允许极限尺寸之内铸件可满足加工、装配和使用的要求。根据尺寸公差表的数据我们最终选择了公差等级为CT8=2.6mm的公差等级。

7.3机械加工余量

根据GB/T6414——1999标准中规定，要求的机械加工余量RMA适用于整个毛坯铸件，且该值应根据最终加工后的成品铸件的最大轮廓尺寸范围来选取。由此查表选取的最终加工余量等级为C=1.1mm

7.4铸造收缩率

铸造收缩率K=[(Lm-Lj)/Lj]×100%，其中Lm—模样工作面的尺寸；Lj——铸件尺寸。根据铸造手册上的数据可知珠光体球墨铸铁的铸造收缩率为0.83-1.25 7.5起模斜度

起模斜度应在铸件上没有结构斜度的、垂直于分型面的表面上应用。其大小应该根据模样的起模高度、表面粗糙度以及造型方法而定。根据起模斜度的标准JB/T5105-1991可知，选用起模斜度α=0°55′a=1.6mm

8.造型工艺

（一）工艺设计

8.1、砂型铸造方法：高压造型。因为它具有生产率高，所得铸件尺寸精度高和表面质量较好。同时，由于砂型紧实度高，强度大，砂型受震动或冲击而塌落的危险性小，因而可以降低铸造缺陷。对于较大的砂型，例如，砂箱内框尺寸为800mm*600mm或更大时，可以应用无箱带的砂箱，造型和落砂都十分方便。所以，高压造型目前应用很普遍，特别是大批和大量生产的铸造车间，多采用高压造型，在工业发达国家，高压造型已基本取代了一般压实造型。

8.2、型砂选择：

1）原纱：硅砂（石英砂）是构成砂型的基本成分，广泛应用于铸钢、铸铁和铸造非铁合金，是铸造生产中用量最大的原材料。

2）耐火材料：铝矾土耐火孰料。其主要矿物组成是含水氧化铝及高岭石。我国铝矾土蕴藏量巨大。

3）粘结材料：粘土。他是湿型砂和干型砂的主要粘结剂。粘土被水湿润后具有粘结性和可塑性；烘干后硬结，具有干强度，而硬结的粘土加水后又能恢复粘结性和可塑性，因而具有较好的复用性。但如果烘烤温度过高，粘土被烧死或烧枯，就不能再加水恢复塑性。粘土资源丰富，价格低廉，所以应用广泛。

4）添加材料：

①铸造用煤粉。主要作用是湿型用煤粉是以烟煤为原料经粉碎制成的产品，外观为黑色或黑褐色细粉。煤粉可以防止铸铁件产生粘沙和夹砂，同时也起到提高型砂溃散性的作用。

②增塑剂。可以增加型砂的热塑性，从而减少开裂倾向。

常用的有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚乙二醇。

③增强剂。A：强化原纱---有机粘结剂界面强度，主要为偶联剂和表面活性剂。B：增强粘结剂自身强度，主要有增塑剂和交联剂。

偶联剂：乙烯基三氯硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷

5)辅助材料

①有机溶剂：铸造生产中常用溶剂很多，一般作稀释剂或者涂料的有机载体。

②脱模剂：造型、制芯时通常还要在模样或芯盒表面涂、撒分型剂（脱模剂）以防型砂粘模和减少脱模力。

③修补膏、封箱膏

修补膏：在砂型起模后，表面等处有破损或局部制芯后有疏松现象等，都可使用修补膏进行处理。修补时用力涂抹后将表面抹光、抹平。

封箱膏：主要是防止浇注时跑火。

8.3分型面的选择

选择分型面的基本原则：（1）应使铸件廍或者大部助于同一半型内。（2）应尽量减少分型面的数量。（3）分型面应尽量选用平面的。（4）分型面通常选在铸件的最大截面处。由以上原则，我们选择凸轮轴的中轴线为分型面。

8.4浇注位置的确定

顶部注入：压边式：无横、内浇道，关键在压边尺寸，结构简单，操作方便，易于清理。

金属液经压边窄缝流入型腔，充型慢而平稳，对型腔冲力小，边浇注，边补缩，有利于顺序凝固，补缩效果好。

一般采用封闭式，对于高牌号铸铁件，可采用封闭---开放式。

适用于中、小型厚壁铸铁件及非铁合金铸件。

1)浇注系统引入位置的确定:

浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属充型方式，铸型温度分布，铸件质量影响很大，因此，在浇注系统设计中，对于内浇道的引入位置，要给与充分考虑。要求顺序凝固的铸件，内浇道应开设在铸件后壁处。如设有毛口补缩，最好将毛口设在铸件与内浇道之间，使金属液经冒口引入型腔，以提高冒口的补缩效果。有时为避免铸件因温差过大产生较大的收缩应力，内浇道也可开设在铸件次厚壁处。

内浇道不得开设在铸件质量要求高的部位，以防止内浇道附近组织粗大。对有耐压要求的管类铸件，内浇道通常开设在法兰处，以防止管壁处产生收缩。

最好将内浇道开设在铸件要求不高的加工面部位上，而不开设在铸件非加工面上，以免影响铸件外观质量。

2)球墨铸铁浇注系统尺寸的确定:

球墨铸铁件浇注系统的特点，铁液经过球化、孕育处理后温度下降很多，且易产生氧化。因此，其浇注系统有两个特点，既大流量地输送铁液，且具有比灰铸铁更好的挡渣作用。

生产中常采用的浇注系统界面比如下。

一般球墨铸铁件采用封闭式浇注系统：

∑A内：∑A横：∑A直=1：（1.2~1.3）：（1.4~1.9）

厚壁球墨铸铁件采用开放式浇注系统。

∑A内：∑A横：∑A直=（1.5~4）：（2~4）：1

或（1.2~2.0）：（1.2~2.0）：1

薄壁小型球墨铸铁件多半采用封闭式浇注系统。

∑A内：∑A横：∑a直=0.8：（1.2~1.5）：1或3：8：4

3)浇注时间的确定

浇注时间的确定可按灰铸铁件浇注时间计算方法确定，然后减少

1/2~1/3。

4)公式法设计

1、阻流截面设计法

2、A阻=GL/

5)冒口设计

概述：冒口是在铸型内人为设置的贮存金属液的结构体，用以补偿铸件形成过程中可能产生的收缩，起防止铸件产生缩孔、缩松并兼有排气。集渣。引导充型的作用。

冒口设计的基本原则如下：

1.冒口的凝固时间应不小于铸件被补缩部分在凝固过程中的收缩时间。

2.冒口所能提供的补缩液量应不小于铸件的液态收缩，凝固收缩和型腔扩大量之和。

3.冒口和铸件需要补缩部分之间在整个补缩过程中应存在通道。

4.冒口体内要有足够的补缩压力，使补缩金属液能够定向流动到补缩对象区域，以克服流动阻力，保证铸件在凝固过程中一直处于正压状态，即补缩过程终止时，冒口中还有一定高度的残余金属液压头。

5.冒口和铸件连接形成的接触热节应不大于铸件的几何热节，避免因为冒口设置而大大延长铸件的凝固时间。

9.出气孔

出气孔是型腔出气冒口、砂型和砂芯排气通道的总称，分明、暗两种。明出气孔引出型外，与大气想通；暗出气孔不与大气相通，常做成设置在型内或芯内的片状或针状空腔。

出气孔的作用及设置原则

9.1出气孔的作用.

(1)排出砂型中型腔、沙芯以及由金属液析出的各种气体。

(2)减小充型时型腔内气体压力，改善金属液充型能力。

(3)便于观察金属充填型腔的状态及充满程度。

(4)排出先行充填型腔的低温金属液和浮渣。

9.2出气孔设置原则

1）出气孔一般设置在铸件浇注位置的最高点，充型金属液最好到达的部位，砂芯发气和蓄气较多的部位，型腔内气体难以排出的“死角”处。

2）出气孔的设置位置应不破坏铸件的补缩条件，通常不宜设置在铸件的热节和厚壁处，以免因出气孔冷却快导致铸件在该处产生收缩缺陷。如确实需要，可采用引出式出气孔。

3）出气孔应尽量不与型腔直通，可采用引出过道与型腔连通，以防止因掉砂等原因导致散沙落入型腔。

4）为防止金属液堵死砂芯出气孔，应采用密封条等填塞芯头。

5）直接出气孔不宜过小，必要时可在出气孔上部设置溢流杯，既可排出脏的金属液，有可防止在出气孔根部产生气孔。

6）出气孔根部的厚度，一般按所在处铸件厚度的0.4~0.7倍计算，凝固体收缩大的合金取偏小值，防止形成接触热节导致铸件产生缩孔。

7）一般认为，没有设置明冒口的铸件，出气孔根部总截面积最小应等于内浇道总截面积，以保证出气孔能顺畅地排出型腔中的气体。

10.模样选择

模样选择木模样：质轻、易加工、价廉，适用于单间，小批量或成批生产。

11.砂箱的选择和设计

一般地讲，砂箱的选择和设计与零件的铸造工艺设计、生产纲领以及生产条件有关。在进行砂箱的选择和设计时，应当注意如下一些原则：

1）首先应满足铸件工艺流程中的生产要求，应具备造型、定位、合型、搬运等功能性结构。

2）砂箱应尽量标准化、系列化、通用化。

3）在具有足够的强度、刚度、方便使用的条件下，尽量使砂箱结构简单、轻便。4）依据不同的生产设备、生产条件、零件本身的特点等，合理选择箱壁、箱带、排气孔等结构形式。

5）砂箱要保证必要的加工精度。

6）应选择耐用、经济、来源广泛的材料。

12.铸件的冷却

为防止铸件在浇注后因冷却过快而产生变形、裂纹等缺陷，保证铸件在清砂时有足够的强度和韧性，铸件在型内应有足够的冷却时间，连续产生的铸件应设计有足够的冷却段长度，以保证铸件的冷却时间。铸件的型内冷却时间与铸件的重量、壁厚、复杂成都、合金种类、铸型性质、生产条件等多种因素有关。

铸铁件在砂型内的冷却时间是根据开箱时的温度来确定。可参考下列数据：一般铸件为300~500℃；易产生冷裂与变形的铸件为200~300℃；易产生热裂的铸件为800~900℃。开箱后立即去除浇冒口，再放入热砂坑中或进炉缓慢冷却。铸件

质量小于5KG，壁厚小于8MM，冷却时间即为20~30min。

13.铸件浇冒口、飞翅和毛刺的去除

通常采用移动式多向气动锤来冲切铸件的飞翅、毛刺和浇冒口，再次选用机械冲、锯、切法来去除，此方法的主要应用与中小型球墨铸铁。

14.铸件的表面清理

由于铸件为单件且小批量生产的汽车凸轮轴，按照要求选择气动工具来进行表面清理。

选用铸件表面清理设备的原则：

1）逐渐的形状、特点。尺寸吗，尤其是代表性铸件的最大尺寸、重量、批量、产量和车间机械化程度等条件是选择清理设备的主要依据。对过品种小批量生产情况下，应选用对铸件大小适应性强的设备。

2）选清砂设备时候，从技术、经济、环境保护全面考虑，在允许条件下，应尽量采用干法清理设备。

3）考虑到铸件工艺的特点。

15.铸件的挽救

铸件挽救的定义和意义

铸件的挽救是指对有缺陷的铸件进行修复使之成为合格品或回复其使用性能的一项技术。在制造生产中，由于工艺过程的复杂性，所产生出来的铸件不可避免会出现一定数量的不良品，其中一部分不良品可以通过一些方法进行挽救，其前提是必须在不影响性能的情况下俄日企鹅必须是得到产品设计部门的许可，必要时还需经过检验和鉴定才可以。

铸件挽救技术的分类：

8）电弧焊补

9）气焊

10）钎焊

11）气体保护焊

12）电渣焊补

13）金属喷涂

14）铸件浸渗技术

16.铸件的防锈涂装

铸件在清理和检验结束后，通常都应在非加工面或全部表面上涂以防锈漆。

应选择喷涂法：喷涂法是借助于压缩空气把漆液喷射到铸件表面的一种涂装方法。

装备和工具：喷涂枪、压缩空气源、储气罐、橡胶管、喷涂室、通风装置等。喷涂操作：喷涂前，漆液要用适当的稀释剂稀释并均价搅拌至粘度适中，漆液中如有颜料颗粒，应采用孔径为Φ120~Φ140mm的铜丝筛或2~3层重叠的纱布进行过滤；铸件表面要用温度为80~90°C的清洗液清洗1~10min，必要时还可以用中和剂在洗涤一次，清洗后铸件表面应吹干或自然干燥。

17.铸件质量的无损检验

无损检测又称为非破坏检查，是在不破坏被检铸件的情况下采用一定方法探测被检验对象的内部和表面缺陷的技术。

选用设备为固定式磁粉探伤机，磁粉应选用干法磁粉中的白色磁粉以便与铸件表面形成鲜明对比。

磁悬浮液的载体应为水剂、无味煤油与变压器油的混合液，具有防锈、润湿和消泡的能力挥发性低，闪点高对人体无毒害，且与磁粉不发生反应。

检验用的试片为A型标准试片探伤前要对铸件清理和清洗，清除检测区域表面的杂质等避免对磁粉检验造成影响。

本工艺需要的检验方法为综合磁化法检验，因为通过逐渐中产生不断变化的合成磁场或交变旋转磁场，一次检查出各个方向的缺陷，避免了单向磁化法易发生漏检和需要进行多次磁化的缺点。

方法：在竹简上同时施加两个或两个以上不同方向的磁场。根据磁场叠加原理。用不断变化的合成磁场一次检查出各个方向的缺陷。

18.热处理工艺:

凸轮轴是内燃机配气机构中主要零件，它保证气阀按一定时间开启和关闭。凸轮和挺杆是一对摩擦副。凸轮轴工作过程中承受弯曲和扭转载荷，桃尖还产生滑动带滚动摩擦。其实效方式是桃尖粘着磨损和桃尖表面因挤压应力的反复作用而造成的麻点或剥落，以及桃尖磨损。

1预备热处理

(1)消除应力退火

由于铸件壁厚不均匀，在加热，冷却及相变过程中，会产生效应力和组织应力。另外在机加工之后其内部也易残存应力，所有这些内应力都必须消除。去应力退火通常的加热温度为500～550℃保温时间为2～8h，然后空冷。采用这种工艺可消除铸件内应力的90～95%，但铸铁组织不发生变化。若温度超过550℃或保温时间过长，反而会引起石墨化，使铸件强度和硬度降低。

（2）.消除铸件白口的高温石墨化退火

铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采用退火(或正火)的方法消除白口组织。退火工艺为：加热到550－950℃保温2～5h，随后炉冷到500-550℃再出炉空冷。在高温保温期间，游离渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和奥氏体，在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解，导致硬度下降，从而提高切削加工性。

高温石墨化后的冷却根据要求的基体组织而定,采用下图3号直接空冷,可获得珠光体基体。

图1

（3）.正火

采用高温奥氏体化正火,球铁高温奥氏体化正火是将铸件加热到Ac1上限+30~50℃,使基体全部转变成奥氏体并使奥氏体均匀化,冷却后获得珠光体基体加少量牛眼状铁素体.从而改善可加工性,提高强度,硬度,耐磨性.

高温完全奥氏体化正火工艺曲线见下图,正火温度为900~940℃,温度过高会引起奥氏体晶粒长大,熔入奥氏体中的碳量过多,冷却易于在晶界析出网状二次渗碳体.采用风冷或者喷冷,加快冷却速度,可显著提高机体组织珠光体量

正火后必须进行回火处理以改善韧性和消除内应力,回火工艺为550~650℃。保温2~4h。

图2

2最终热处理

（1）.淬火

将球墨铸铁加热至Ac'上限+（30～50C），保温合适时间后快冷获得马氏体及球状石墨组织，淬火介质使用油，淬火后硬度达到58～60HRC

19.热处理检验

20.1退火与正火后的检验

检验铸件是否存在软化不充分,退火脆性,渗碳体石墨化,氧化,脱碳,过热过烧,魏氏组织,网状碳化物,球化组织不良,石状断口,反常组织等缺陷.

20.2 淬火后的检验

检验铸件是否存在淬火裂纹,淬火变形,硬化不充分,软点,氧化,脱碳,过烧过热,鳞状断口,表面腐蚀,放置裂纹,放置变形等缺陷

20.3回火后的检验

检验铸件是否存在回火裂纹,回火脆性,回火变形,性能不合格,表面腐蚀,参与应力过大等缺陷.

20.4金相检验

(1)试样制备：

取样：在零件感应淬火区中部按照零件技术条件规定的位置截取。

（2）试样的抛光面英语表面垂直，用2%～5%硝酸酒精溶液侵蚀，直到显示出清晰的硬化层为止。

（3）硬化层的显微组织按珠光体球墨铸铁零件感应淬火组织评级图对照评定（见下图)硬化层显微组织分级说明见表1，其中3～6级为合格。有特殊要求，按有关技术文件规定执行。

(4)检验方法：硬化层显微组织在金相显微镜下放大400倍观察

20.结束语

铸件的材质直接决定其使用性能，化学成分是影响材质的主要因素，生产工艺是影响性能的关键因素，而炉前化学成分的准确判断可以确定孕育剂的加入量，并检查孕育效果，及球化质量，避免浇注后铸件性能不合格而出现废品。珠光体球墨铸铁比较合适于铸造凸轮轴这样的产品。

《凸轮轴铸造工艺的探讨》

任务分工

1、材料选择、熔炼及浇铸负责人：刘云翼

2、材料配料负责人：尹汉雄

3、造型材料混制工艺负责人：刘东源

4、球化及热处理负责人：陈洋