重型汽车整体式铸钢桥壳新产品新工艺研究开发

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随着我国石油和矿山开采、水电工程、林业开发、地质勘探及道路、城市建设等领域加速发展，进-步促进了我国运输车辆向重型化发展。重型载货车，特别是载重 15吨以上的重型载货车的市场需求较大，并呈高速增长的态势。板焊桥壳由于受自身结构及焊接工艺的限制，在使用过程中容易发生变形，出现漏油和裂纹等现象，难以满足重型汽车的工作需要。

目前，国内高端重型汽车整体式铸钢桥主要依赖进口，因此，有必要引进消化基础上，进行科学创新，开发出适合国内道路的重型汽车桥壳产品。

1 桥壳材料及机械性能要求桥壳是汽车传动系统的核心部件，起着支承保护主减速器等部件，并支撑车架及各总成重量的作用。汽车在行驶时，作用在驱动轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架上，因此，桥壳既是承载件又是传力件，需要有较高的强度和刚度，特别是重型汽车在工作时由于道路及工况恶劣，桥壳承受着强烈的冲击载荷，对桥壳的品质要求更高。桥壳材料选用 ZG35Mn，其成分及性能要求如表 1、表 2所示。

表 1 桥壳材料化学成份表化学成分%残余元素C Si Mn P Scu I Ni I V0.300.40 0.17-n37 1.2-1.6 《n04 ≤0.04 《0.30 I《0.30 I《0.20 《0.o5表 2 桥壳材料机械性能屈服强度a's(Nlmm)I抗拉强度o'blmm)l延伸率 %I收缩率 (%)1硬度(HB)343 l 588 l 14 l 3O I 175-1952 桥壳结构的创新设计为适应中国的路况，我们对桥壳进行 2次加强设计，采用CAXA实体设计建立三维模型，华铸 CAE铸造工艺模拟软件进行铸造模型网格划分、材料、载荷和边界条件的设置，通过 MSC.paan求解，对铸造桥壳有限元分析，首先基本确定重型汽车整体式铸钢桥壳的基体壁厚2O-22 mm，后盖壁厚 l4-16 mm。

图 1 整体式桥壳(1)在上下两侧面均设置加强筋，且对称分布。

通过分析优化，在桥壳工作状态的上、下平面设计两条加强筋，可有效的将桥壳大圆弧处危险截面的受压应力和受拉应力分布进行延伸分解，大大改善危险截面的受力状态。

(2)增加-连接斜向杏强筋。辅助桥壳微观受力分布，通过该加强筋将桥壳大圆弧处危险截面的应力进-步延伸到强度、刚性都较高的板座处，使桥总成的整体强度和刚性有所提高。

(3)改变孔径尺寸公差带位置，从而改变装配工艺，由原来的冷压装轮毂轴管变为热压压装轮毂轴管，确保轮毂轴管压装后的实际过盈量(冷压装时，由于轮毂轴管的强度比桥壳高，在压装过程中已把孔表面的部分波峰铲刮)，使轮毂轴管与桥壳的联接强度得到可靠的保证。

收稿日期 ：2013-04-12基金项目：柳州市科学研究与技术开发计划课题(编号：201 1A010108)作者简介：黄启贤(1958- )，男，广西南宁人 ，工程师，主要研究方向：机械制造及工艺。

163Equipment Manufacturing Technology No.7，20133 桥壳铸造工艺研究桥壳的铸造工艺流程如图2所示。

I制作泥芯J 铸钢水 保温l图 2 铸造工艺流程图3.1避免桥壳安装位缩松漏油的工艺设计整体式铸钢桥壳在铸造完成后，在加工或试漏时，桥壳安装位经常容易出现漏油现象。其原因是该部位在铸造过程中出现缩松现象，机械加工时在该部位打转螺纹孔，暴露出该处缺陷。为避免桥壳安装位缩松漏油，浇注系统从桥壳安装位进水，并设置合理的冷铁和冒口补缩(如图3示)。当整体式铸钢桥壳加工完成后，加强成品试漏试验措施，进-步避免漏油现象。

图 3 补缩工艺 3.2铸造毛坯裂纹的控制重型汽车整体式铸钢桥壳组装挂件多，其特征也多，其结构极易出现裂纹。设计合适的铸造工艺，是整体式铸钢桥壳新产品新工艺研究的关键和难点。

(1)使用水玻璃砂制造桥壳外模、呋喃树脂砂制造泥芯嘲整体式铸钢桥壳包括-个长条型内腔，结构拐角处时应力集中部位，极易产生裂纹。为了防止裂纹的产生，桥壳泥芯采用呋喃树脂砂制作。树脂和固化剂的加入量过多，会影响砂型的强度和增大浇注时的发气量。从而影响毛坯质量。因此在采用呋喃树脂砂制芯时，呋喃树脂加入量为砂重的1.2-1.4%，呋喃树脂固化剂加入量为砂重的5O～8O%。为了加强泥芯的强度，制芯时在泥芯芭芯骨～制作好的泥芯涂刷-定厚度且均匀的耐火涂料，并用火焰烘干，防止气孔的产生。

(2)设置防裂筋和冷铁在桥壳应力高易裂的部位设置了防裂筋和冷铁，提高了桥壳的强度和刚度。拐角部位处设置防裂筋宽为 5 mm。相隔 40 mm左右注保温时间超过 l2小164时等措施，克服裂纹缺陷，避免桥壳裂纹导致断裂。

(3)浇注系统的优化设置重型汽车整体式铸钢桥壳铸造毛坯总长l 580 mm。材质为ZG35Mn铸造用钢的收缩率为2%，桥壳毛坯冷却后将收缩 32 turn。原浇注系统横浇道为直条型，浇注冷却后，其刚性和强度-定程度上阻碍了桥壳的收缩，导致桥壳两端极易出现裂纹。为降低横浇道的强度对桥壳收缩的影响，设计人员将横浇道设置为曲折状[2-31。

3.3炉外精炼高纯钢水的生产技术采用炉外精炼高纯钢水生产技术 (如图4所示)，通过控制系列精炼工艺参数，使得磷、硫各自含量不大于0.010%，同时降低钢水杂质、钝化夹杂物外形，提高纯净度使铸件材质的夹杂物不大于2级、晶粒度不大于六级，质量达到国外品质标准，从而提高桥壳的抗疲劳寿命。

习-析剧瞧J图4 炉外精炼钢水技术路线(1)改变传统石英系炉衬料，合理选定物理化学性能更稳定的铝尖晶石系中性料作为炉衬和浇包材料，自主研发吹气精炼包，对钢水进行炉外精炼，减少了钢水二次污染，提高钢水纯净度。稳定得到磷、硫含量处于 0.020%-0.030%钢水 ，浇注后的夹杂物则基本接近-般电弧炉的钢水质量，使达到铸件材质的夹杂物不大于2级、晶粒度不大于六级。

(2)出钢后，选配合适的复合钢水精炼剂进行炉外精炼，该精炼剂具备较强的脱磷、脱硫作用和聚集钢水杂质、钝化夹杂物外形的作用，确保经过处理的钢水能满足工艺要求。

(3)选择浇包底吹氩气的工艺方法加强对钢水进-步处理，克服钢水温度下降幅度太大，难以实现精炼的技术难题嘲。由于钢包特定形状造成渣--钢反应界面较小，钢液成分、温度不易均匀。通过高压氩气从钢包底部进行喷吹，促使包内钢液翻腾，从而去除钢中的气、夹杂物，对增强精炼过程中钢水的二次化学反应以及均匀钢水温度和成分产生直接作(下转第 1 67页)《装备制造技术)2013年第7期对话，适时调整参数，即使铝箔纸芯大小有差异，也可以通过修改参数，始终保持铝箔纸剩余量稳定，控制可靠，避免了人为感觉”差异，可以保持多台设备铝箔纸剩余量-致性，有效减少设备维修时间。铝箔纸剩余量控制的可靠、精确，对于调高设备有效作业率，降低原辅材料消耗，都起到了积极促进作用。