齒輪箱體鑄造
一、齒輪箱體材質選型與定位
齒輪箱體的材質需匹配載荷、轉速、工況、加工性，優(yōu)先選用球墨鑄鐵，極少采用灰鑄鐵（僅低速輕載），具體選型如下：
1. 常用材質對比與適用場景
2. 選型核心原則
- 常規(guī)傳動、有振動沖擊、需機加工軸承孔→優(yōu)先 QT500-7
- 重載、大扭矩、高剛性要求、耐磨工況→選用 QT600-3
- 所有密封面、軸承孔位，均要求鑄件無縮松、無氣孔、無夾雜，球鐵是最優(yōu)解
二、齒輪箱體鑄造工藝整體方案
齒輪箱體結構特點：壁厚不均（箱體壁薄，軸承座、法蘭、筋條處厚大）、型腔復雜、多型芯、對尺寸精度和密封性要求高，主流采用以下兩種工藝路線，適配不同批量與精度需求。
（一）工藝路線一：呋喃樹脂砂造型（中高端、精密、中小批量首選）
適用：工業(yè)減速機箱體、汽車變速箱體、高端機床齒輪箱、出口精密鑄件
核心工藝優(yōu)勢
- 尺寸精度高（CT8-CT9），表面光潔，型芯尺寸穩(wěn)定
- 退讓性好，減少熱裂、鑄造應力，降低加工變形
- 潰散性優(yōu)，復雜內腔清砂容易，避免殘留型砂影響齒輪嚙合
- 適合結構復雜、多抽芯、多型腔的箱體鑄件
關鍵工藝參數(shù)
- 型砂：呋喃樹脂砂，樹脂加入量 1.0%-1.6%，固化劑按環(huán)境溫度調節(jié)
- 型芯：樹脂砂砂芯，整體芯或分瓣芯，芯骨加固，防止變形
- 烘干：砂型、砂芯充分烘干，水分≤0.5%，避免氣孔缺陷
- 起模、合型：精準定位，設置定位銷，防止錯箱
（二）工藝路線二：粘土砂潮模 + 流水線造型（大批量、中小箱體首選）
適用：摩托車齒輪箱、電動車變速箱、通用小型減速機箱體、量產汽車零部件
核心工藝優(yōu)勢
- 生產效率高，成本低，適合自動化大批量生產
- 型砂回用率高，能耗低
- 工藝成熟，質量穩(wěn)定性好
關鍵工藝參數(shù)
- 型砂：濕型粘土砂，水分 3.5%-4.5%，透氣性≥80，緊實度均勻
- 型芯：油砂芯或樹脂砂芯，保證內腔尺寸
- 造型：高壓造型機，保證砂型硬度均勻，防止?jié)q箱、尺寸超差
三、核心鑄造工序詳細工藝（以 QT500-7/QT600-3 球鐵為例）
1. 熔煉與爐前處理
齒輪箱體對材質均勻性、致密度要求極高，必須嚴控熔煉環(huán)節(jié)
- 熔煉設備：中頻感應電爐，嚴禁簡易沖天爐直接熔煉
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爐料配比（QT500-7 為例）
- 低磷低硫球鐵生鐵：35%-45%
- 潔凈碳素廢鋼：25%-35%
- 合格回爐料：20%-30%
- 杜絕混入電鍍件、鋁合金、高鈦高鋁廢鋼等反球化元素廢料
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鐵水溫度控制
- 出爐溫度：1450-1480℃
- 澆注溫度：1370-1410℃（箱體薄壁 + 厚大結構，溫度適中，避免澆不足或粘砂）
- 脫硫處理：原鐵水 S≤0.03%，爐外脫硫后 S≤0.02%，保證球化效果
2. 球化與孕育處理（球鐵箱體核心）
采用沖入法球化 + 復合孕育，保證球化合格，消除白口，細化組織
- 球化劑：稀土鎂硅鐵合金（Mg8-10%），加入量 1.3%-1.7%
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孕育工藝：一次轉包孕育 + 瞬時隨流孕育
- 一次孕育：硅鐵孕育劑，加入量 0.3%-0.5%
- 瞬時孕育：澆注時隨流加入，占總孕育量 30%-40%，防止孕育衰退
- 時效控制：球化孕育完成后，15 分鐘內完成澆注，避免球化衰退、石墨畸變
3. 澆注系統(tǒng)設計（箱體專屬，防缺陷關鍵）
齒輪箱體壁厚不均、熱節(jié)多，澆注系統(tǒng)必須平穩(wěn)充型、順序凝固、利于補縮
- 優(yōu)選形式：階梯式澆注系統(tǒng) + 底注輔助，避免鐵水飛濺、卷渣、氧化
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澆道設計原則
- 直澆道：截面積適中，設置澆口杯，防止雜質進入
- 橫澆道：加長，設集渣包、放置陶瓷過濾網(wǎng)，過濾渣質
- 內澆道：開設在箱體法蘭、厚大筋板處，分散進鐵，避免局部過熱
- 澆口比參考：直：橫: 內 = 1:2.5:2.2，保證充型平穩(wěn)，無紊流
4. 冒口與冷鐵工藝（解決箱體縮松核心）
箱體的軸承座、結合法蘭、筋條交匯、拐角處是典型熱節(jié)，易產生縮孔縮松，直接導致密封失效、強度不足，必須配套補縮措施
- 冒口選用：保溫冒口 / 發(fā)熱冒口，布置在各熱節(jié)正上方，補縮效率高
-
冷鐵使用：
- 軸承孔外圈、厚大凸臺處放置外冷鐵，加快局部凝固
- 冷鐵表面除銹、刷涂料，防止粘砂、熔接
- 工藝目標：實現(xiàn)順序凝固，消除熱節(jié)縮松，保證密封面、軸承座致密度
5. 制芯與合型工藝
- 砂芯設計：復雜內腔采用整體砂芯或分瓣組合芯，芯骨加固，防止?jié)沧r浮芯、斷芯
- 芯頭定位：加大芯頭尺寸，設置定位槽，保證砂芯位置精準，避免偏芯導致壁厚不均
-
合型要點：
- 合型前清理型腔、砂芯，無浮砂、雜物
- 分型面均勻涂抹密封泥條，防止跑火、飛邊
- 合型后加壓鐵或螺栓鎖緊，防止?jié)沧q箱
6. 落砂、清理與熱處理
落砂
- 落砂溫度：箱體表面溫度降至 300-400℃時進行，避免應力過大開裂
- 落砂方式：振動落砂，嚴禁強力敲擊，防止箱體薄壁、筋板開裂
清理
- 澆冒口：采用等離子切割或機械切割，禁止敲斷，切割后打磨平滑
- 清砂：高壓水槍 + 機械清砂，徹底清除內腔殘留型砂，尤其齒輪嚙合腔、油道位置
- 外觀清理：去除飛邊、毛刺、粘砂，保證外觀質量
熱處理（必做工序，箱體專用）
齒輪箱體機加工量大，必須消除鑄造應力，防止加工后變形、尺寸超差
-
通用工藝：去應力退火
- 升溫速度：≤80℃/h
- 保溫溫度：550-580℃（QT500-7）；560-600℃（QT600-3）
- 保溫時間：按壁厚，每 25mm 保溫 1h，總保溫 2-4h
- 冷卻方式：隨爐冷卻至 200℃以下出爐空冷
- QT600-3 高要求箱體：采用正火 + 高溫回火，保證強度與組織均勻，正火溫度 880-910℃，回火溫度 580-620℃
四、齒輪箱體關鍵質量控制要點
齒輪箱體的質量直接決定傳動系統(tǒng)的可靠性、密封性和壽命，需建立全流程質控體系。
1. 原材料與爐前質控
- 生鐵、廢鋼、球化劑、孕育劑必須有材質證明，每批次抽檢
- 爐前檢測：熱分析儀測 C、Si 含量，三角試片檢查球化孕育效果，不合格鐵水禁止?jié)沧?
- 球化等級：≥4 級，優(yōu)質箱體要求≥3 級，無蠕蟲狀、片狀石墨
2. 過程質控
- 造型型芯：尺寸精度、緊實度、烘干程度全檢，定位尺寸偏差≤0.5mm
- 合型核查：砂芯位置、過濾網(wǎng)、冒口冷鐵放置、分型面密封逐項檢查
- 澆注監(jiān)控：記錄澆注溫度、時間，確保在孕育有效期內完成
3. 成品關鍵檢驗項目（箱體專屬必檢）
| 檢驗類別 | 檢驗項目 | 合格標準 |
|---|---|---|
| 外觀質量 | 裂紋、冷隔、渣孔、氣孔、飛邊 | 無任何裂紋，表面氣孔直徑≤2mm 且不密集，無影響強度的缺陷 |
| 尺寸精度 | 外形尺寸、安裝孔距、軸承孔位、分型面錯箱 | 符合圖紙公差，錯箱≤0.8mm，關鍵孔位尺寸偏差≤0.5mm |
| 材質性能 | 抗拉強度、伸長率、硬度、金相 | QT500-7：≥500MPa，≥7%，HB170-230；QT600-3：≥600MPa，≥3%，HB190-270；球化合格 |
| 致密度檢測 | 密封面、軸承座探傷 | 關鍵密封面、軸承座部位100% 磁粉探傷（MT），重要件增加超聲波探傷（UT），無縮松、裂紋 |
| 密封性驗證 | 靜壓試漏 | 加工后結合面進行水壓 / 氣壓試漏，無滲漏 |
五、齒輪箱體常見鑄造缺陷及防控措施
齒輪箱體的缺陷多集中在熱節(jié)、內腔、密封面，針對性防控方案如下：
| 常見缺陷 | 主要原因 | 防控措施 |
|---|---|---|
| 軸承座 / 法蘭縮松 | 熱節(jié)集中，補縮不足，凝固順序紊亂 | 增設保溫冒口，搭配外冷鐵，優(yōu)化澆注系統(tǒng)，實現(xiàn)順序凝固 |
| 內腔氣孔 / 針孔 | 砂芯未烘干，鐵水吸氣，澆注卷氣 | 砂芯充分烘干，嚴格控制型砂水分，平穩(wěn)澆注，使用過濾網(wǎng) |
| 箱體開裂 | 壁厚過渡突變，應力過大，落砂過早 | 結構設計增加圓角，優(yōu)化筋板布局，執(zhí)行去應力退火，控制落砂溫度 |
| 尺寸超差 / 錯箱 | 砂型強度不足，定位不準，漲箱 | 采用樹脂砂或高壓造型，設置精準定位銷，合型后鎖緊，加壓鐵 |
| 內腔粘砂 / 清砂困難 | 型砂耐火度低，涂料不良，澆注溫度過高 | 提高型砂耐火度，砂芯涂刷耐火涂料，優(yōu)化澆注溫度 |
| 球化不良 | 硫含量過高，球化劑不足，孕育衰退 | 深度脫硫，足量球化劑，控制澆注時間，復合孕育 |
六、齒輪箱體鑄造設計優(yōu)化建議（工藝性提升）
在產品設計階段同步優(yōu)化，可大幅降低鑄造缺陷，提高成品率：
- 壁厚設計：盡量均勻，壁厚差控制在 3:1 以內，厚壁與薄壁處采用平滑圓角過渡（R≥5mm）
- 結構加強：合理設置加強筋，筋條厚度為箱體壁厚的 0.7-0.8 倍，避免筋條交匯處形成超大熱節(jié)
- 拔模斜度：外壁、砂芯部位設置合理拔模斜度，一般 1.5°-3°，避免起模損壞型腔
- 密封面設計：結合面、法蘭面盡量設計在同一平面，避免凹凸過多，便于冒口布置和補縮
- 孔位預留：軸承孔、安裝孔盡量鑄出，減少加工余量，降低加工變形風險
七、總結
齒輪箱體鑄造的核心要點可概括為：
- 材質選型：常規(guī)工況選 QT500-7，重載工況選 QT600-3，兼顧強度、韌性與加工性
- 工藝核心：采用樹脂砂或高壓粘土砂造型，配合階梯式澆注、保溫冒口 + 冷鐵，保證尺寸與致密度
- 過程控制：嚴控球化孕育、熔煉溫度、砂芯烘干，消除應力必須做退火處理
- 質量底線：關鍵部位 100% 探傷，杜絕縮松、裂紋，保證密封性和結構強度
