商崇元，晏祥志，杨 佳，杨双柱，李超进，覃丹枫

（广西玉柴机器配件制造有限公司，广西玉林 537005）

随着近年来国内外汽车工业的迅猛发展，汽车零部件需求出现高速增长，为国内汽车零部件铸造行业带来巨大的发展空间。同时，经过多年的淬炼和积淀，汽车零部件铸造行业百花齐放，铸造技术和产品质量正逐步走向世界。其中汽车制动鼓作为汽车易损件，市场的需求越来越大，客户的要求越来越高。

汽车制动鼓是汽车非常重要的安保件，因其工况环境恶劣，工作时与刹车片相互摩擦，最高工作温度可达850～900℃。制动鼓在工作时冷热温度变换频繁，高温可能造成材质组织的变化，因此制动鼓对内在质量和性能有着重要的技术要求[1]，需具有较高的热疲劳强度，较高的耐磨性（石墨形态、硬度），低缺口敏感性，较高的使用寿命和安全性。

目前，市场上制动鼓的生产材质主要以HT200/HT250 为主，由于它们的热疲劳强度低，使用寿命不高，可靠性差，已经不能满足当前汽车轻量化和国家倡导的节能减排新形势的需求，尤其是重型卡车市场的需求[2]。为此，一种轻量化、长寿命、高可靠性的制动鼓制造技术开始纳入研究生产，那就是高牌号蠕墨铸铁。

蠕虫状石墨的形态介于片状与球状之间，所以蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性能、减振性和导热性都优于球墨铸铁，与灰铸铁相近；在抗拉强度方面，一般的珠光体蠕墨铸铁强度都比珠光体灰铁高；硬度相近，但珠光体蠕墨铸铁更容易通过合金化或蠕化率控制获得更高的硬度；疲劳强度方面，蠕墨铸铁的蠕虫状石墨比灰铁片状石墨更容易阻止裂纹的产生。蠕虫状石墨表面形状不规则，不易脱落，可以起到润滑作用，其耐磨性比灰铁提高40%～70%；冲击韧性接近球铁，加工性能接近灰铁。

1 工艺设计

产品外形尺寸：ø500mm×270mm，毛坯设计壁厚17mm～30mm，加工余量统一按照3mm 进行设计，收缩按照0.8%，大平面朝进水方向；用新引进的KW64*4-K 造型机造型，一箱一件布局；顶注式半封闭浇注系统设计，在直浇道放置过滤网，分四个内浇口进水，每个内浇口设置集渣、补缩冒口一个。上下型凹凸配合，凸模吊芯的方式；为加强凹模排气，减少因憋气出现的射不满、空壳等缺陷，在凹模浇注系统周边开设排气槽，布置排气塞（图1）。为减少凸模中间射孔深度，降低后续射孔清砂难度，同时避免设备相互之间的干涉，采用了阶梯射孔结构设计（图2）；在铁型凸模周边及顶部边缘设计固砂槽（图3），加强覆砂层强度，减少覆砂收缩变形、分层和裂纹。

图1 凹模浇注系统

图2 阶梯射孔

图3 固砂槽

图4 模具组装图

产品本体性能：强度≥500MPa，屈服强度≥350MPa，延伸率≥0.5%，硬度220～260HBW；金相：蠕化率≥50%[3]。

2 制造过程控制

2.1 造型工艺控制

采用新引进的杭州金乌铸造科技有限公司生产的半自动铁型覆砂生产线，该生产线配置两台双工位KW64*4-K 造型机，铁型翻转机、合箱机、开箱机、顶孔机各一台，采用滚轮传输。因为单件造型，产品不大，主机射砂压力控制在0.2～0.4MPa,模具温度控制在170～240℃，铁型温度控制在150～210℃，固化时间100～150s，平均造型速度3～4min/箱。生产过程严格控制模具和铁型温度、射砂固化时间，减少铁型和模具的温度差，同时还要根据铁型覆砂颜色（图5）和固化时间综合控制，避免出现铁型和模具抱死无法正常脱模的情况。

图5 合格的黄褐色覆砂

因为该产品比较特殊，设计采用凹凸模结构，没有砂芯，所以造型后通过简单的修型检查即可进入合箱；为预防产品出现渣眼，在直浇道底部放置了ø80mm 直孔陶瓷过滤网。

2.2 熔化工艺控制

熔炼结合生产选用1t 或3t 电炉单炉熔炼，生铁、废钢、回炉铁采用442 废钢增碳工艺，生铁用本溪Q10 生铁、废钢使用柳州五菱压包废钢、回炉铁使用自产蠕铁回炉铁。

成分控制C%：3.85～4.1（原铁水）；Si%：2.3～2.7；S%≤0.02；Cu%：0.3～0.5；Mn%：0.3～0.5；Cr%≤0.1;P%≤0.05；Sn%:0.02～0.035。蠕化处理采用常用的冲入法，铁水包高径比约1：（1.5～1.7），蠕化室堤坝高150～200mm；装包顺序为：蠕化剂—孕育剂—铜—锡粒，采用进口蠕化剂和国产稀土蠕化剂混合装包蠕化，蠕化剂加入量根据铁水含硫量在0.25%～0.4%之间进行调整，一般S 含量控制在0.015%以下。一次孕育使用稀土钙钡或者BS-1A 孕育剂，装包时平铺置于蠕化剂上方，铜和锡粒随装包加入放于最上。蠕化处理温度在1490～1530℃之间，蠕化出铁不能直接冲到合金，处理完毕后进行简单的扒渣。为减少浇注时随流孕育对薄壁件造成铸造缺陷，随即用普通75#硅铁进行转包孕育，孕育完毕再次反复扒渣，吊运直接浇注。从蠕化开始到浇注结束控制在8min 之内完成，每包铁水浇注6 箱，浇注结束后15～25min开箱。

2.3 检验

检验试样中的试块为单铸试块（如图6），每包铁水浇注最后一箱后浇注试块。本体取样为随机，取样位置如图7 所示。

图6 单铸试块模

产品抛丸清理后，外观质量良好，除浇口局部有残余需要打磨外，基本没有披锋（图8）。

通过对产品本体样件解剖和加工验证，内部超声波及磁粉探伤检验，均未发现明显铸造缺陷。

图7 本体取样位置

图8 毛坯

表1 检验数据

3 总结

经过批量生产经加工验证，铁型覆砂生产高强度蠕墨铸铁制动鼓，比普通的砂型铸造更容易获得可靠性高，质量好的产品，在高牌号蠕墨铸铁制动鼓生产技术上具有前瞻性。为一种高强度汽车制动鼓的制造研究提供了一种绿色、环保、低成本高牌号蠕墨铸铁件制动鼓的生产方法，此产品在某些应用领域将取代灰铸铁和球墨铁，广泛应用于汽车、高铁、工程机械、航航空航天等领域，进一步拓展了蠕墨铸铁的应用领域。