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浅谈大型压铸机压射冲头的改进

作者:成铁山 来源:原创 发表时间:2012-11-12
尹明洪 王华林 张名涛 相凯强
(重庆长安汽车股份有限公司江北发动机工厂技术处)

摘要:本文针对铸造三车间铍青铜压射冲头在压期长、劳动强度大、修复时间久等问题,采取改杆的改进,使改进后的压射冲头的高温强度、硬压射冲头提高了10倍左右。
关键词:压铸机,铍青铜压射冲头,H13耐磨钢
原来铸造三车间缸体压铸使用的压射冲头材质为铍青铜,硬度为20-28HRC,这种材料虽然有一定的耐磨性,但是在实际生产过程中,由于连续不断的高温的作用,致使其耐磨性、抗疲劳性以及强度下降,损坏加快,更换频率加大。虽然国内90%的压铸件厂在订购压射冲头时,要求制造厂家在熔炼时加入一些特殊的元素,以提高压射冲头的强度、耐磨性,但效果不理想。该冲头在铸造三车间缸体压射过程中阻力大,易出现冲头卡死现象,基本上每天一个冲头,情况严重时每班一个。对换下后的铍青铜冲头反复进行焊补再利用后(最多3次),内部组织出现裂纹,且封水端面裂穿,冷却水与铝合金溶液直接发生接触,导致产品报废,影响正常生产进度,严重时发生炸裂。
1铍青铜冲头使用情况

1)制造成本高:由于铍青铜冲头(见图一)为瑞士原装进口备件,价格估计1.5万元/个,非常昂贵。
2)采购周期长:公司对进口备件的采购周期定在半年左右,采购时间长,应对突发情况的能力弱。
3)劳动强度大:换下铍青铜冲头采用氩弧焊焊接技术,对磨损表面进行完全堆焊处理,一个冲头要完全堆焊完成,需要连续焊补10小时,加之氩弧焊属于有毒有害工种,员工不适合每天大于8小时的焊补。
4)修复时间久:焊补后的铍青铜冲头经过3小时风冷后从鱼嘴运往四工厂设保处刃磨站进行车床加工,需用时2小时,加工完成拉回鱼嘴1小时。整个冲头修复运送总共要花费约6小时。
2铍青铜冲头失效原因分析
在所有失效冲头中随意抽取10件作为观察对象,对失效的铍青铜冲头头进行观察和分析,发现每件冲头都有很深的拉伤痕迹,深达0.5-1mm,这种拉痕的出现可能有以下几个方面的因素:
(1)由于材质硬度低,耐磨性差,不抗磨。
(2)铍青铜冲头与压室有效接触面积过大。
⑶铍青铜冲头与压射杆为一体结构,对压射阻力没有缓冲作用。
3改进实施方案
根据压射冲头的失效原因,考虑原厂公司的铍青铜冲头与压室有效接触面积为180mm2,比原铸二车间使用的铍青铜冲头长50mm,增加了冲头在压室中运动的摩擦面,产生阻力作用力大,现考虑设计一种成本低、寿命高的专用钢冲头,减少有效接触面积,降低压射时产生的阻力。同时由于设备压射总行程不变,在把冲头缩短50mm(即冲头长度改为130mm)情况下,由于压射杆长度不变,只有通过在专用冲头和压射杆之间增加一个有效连接长度为50mm的连接搭子来达到目的。具体实施方案如下:
3.1更换材质

选择H13耐磨钢制作与压室接触有效面积长130mm的钢冲头(见图二)。
压射冲头Cr对钢具有很大的强化作用,可提高强度、硬度和耐磨性,同时可提高钢的耐热性从而使其热稳定性提高。Mo可提高钢的强度和硬度,提高钢的耐热性和高温强度。Si可提高钢的强度和硬度,提高钢的耐热性。V可细化晶粒提高韧性,在较高含量时,可形成VC碳化物,提高钢的热强性。H13的热稳定性、膨胀系数都接近于球铁,其耐磨性又远高于球铁。材质确定后,对H13冲头进行室温硬度和耐磨性的试验,结果为:用H13制造的压射冲头的最佳室温硬度在一定的范围,超出这个范围压射冲头的使用寿命将会急速降低。
3.2选择合理的制造加工工艺
压射冲头既要求有高的热强性又要求有高的冷热疲劳抗力,而目前所使用的钢,不可能既具有高的热强性,又具有高的冷热疲劳抗力,但是可以通过合理的热处理工艺,使其达到使用要求。根据压射冲头的工作条件和要求,通过对不同热处理工艺的筛选,寻找出了一种较好的压射冲头制作工艺。压射冲头制作的工艺流程为:锻造一消除应力回火一粗加工一淬火一精加工。
3.3改进压射杆

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