固定壳体熔模铸造工艺设计

发布时间：2022-10-03 21:00 热度：

　　根据中介机匣结构特点及企业现有的生产条件，设计了中介机匣熔模铸造工艺及生产流程。结果表明，快速成形技术的应用，减少了模具投入成本，同时缩短了制造周期。应用分体制作型壳、组合浇注等措施，能降低设备限制影响且能降低工人劳动强度。采用捆绑铁丝、增加冷铁、型壳埋砂等措施，成功制备品质良好的铸件。

　　关键词：中介机匣；熔模铸造；快速成形；分体制壳；组合浇注

　　图１为某装备用中介机匣铸件。铸件材质为ＺＧ２Ｃｒ１３不锈钢［１］，铸件外轮廓尺寸为迹担埃叮恚×１７８ｍｍ，最小壁厚为７ｍｍ，铸件体积为１００３４３１９ｍｍ３，铸件质量为７７．２６５ｋｇ，浇注高度为４４０ｍｍ，浇注质量为１６０ｋｇ，其内部结构复杂，壁厚差较大。中介机匣铸件为大型复杂铸件，铸件轮廓尺寸大且具有大平面，而大平面壁厚较小，而且要求组织致密，但浇注过程中易产生浇不足、冷隔、缩孔、缩松等缺陷，也容易形成夹渣、冲砂缺陷，故在浇注系统设计时必须考虑使金属液充分流动，熔渣上浮，排气通畅。该铸件浇注质量大，金属液放热量大，对型壳热冲击大，容易引起铸件鼓胀、甚至跑火，导致铸件报废，因此，整体铸造工艺实施具有很大难度，需要采取不同的措施以减少废品率。

　　１工艺设计与工艺实施

　　为保证铸件品质，浇注系统设计成底注为主，顶注为辅，上部用冒口进行补缩和排气，以利熔渣、型砂上浮。

　　１．１蜡模制作

　　浇注系统设计见图２。用制作模具的方法制作蜡模，一是模具制作费用高，周期长，为提高效率，采用快速成形法烧结蜡模［２］，该法不仅制作费用低，而且速度快，缩短铸件铸造周期。由于设备最大蜡模烧结尺寸为４００ｍｍ×３００ｍｍ×２７０ｍｍ，故将该蜡模分成８块，然后采用焊接制成。蜡模组合后见图３。

　　１．２浇注系统制作

　　考虑到脱蜡过程蜡模膨胀会导致型壳开裂及方便脱蜡，在远离脱蜡口部位增设１５个迹保福恚×２５ｍｍ的出蜡口，以利于快速泄压，降低蜡液对型壳的压力。图４为蜡模组合简图。图４中介机匣蜡模铸件浇注系统虽然复杂，为了节约模具制造成本并减少用快速成形烧结蜡模成本，底浇口环、内浇道、直浇道、浇口杯、明暗冒口均采用手工制作。考虑到涂料桶、浮砂桶、脱蜡釜设备使用尺寸影响以及降低操作人员劳动强度，将浇注系统下半部分与铸件组合为一体，冒口和浇口杯分开制作，型壳焙烧后组合为一体，即分体制作，组合浇注。为了防止制壳过程及浇注后铸件变形，在蜡模上、下板之间增加支撑杆。为了便于浇注系统型壳和铸件型壳组合，防止砂粒掉入型腔，在铸件浇注系统上放置内浇道压板、暗冒口压板（此截面积大于冒口、内浇道截面积），以利形成型壳平面，方便内浇道和冒口型壳组合。

　　１．３制壳

　　为保证型壳有足够的室温强度和高温强度、缩短制壳周期、减少原材料消耗，采用硅溶胶－水玻璃复合制壳工艺［３］。面层采用硅溶胶－锆英砂粉，２～７层采用硅溶胶－上店砂粉，后６层半采用水玻璃－上店砂粉，共制壳１３层半。由于受到涂料桶及淋砂机尺寸限制，用涂料涂覆型壳表面、手工埋砂的方法制壳。为防止局部涂料干燥过快，埋砂不及时造成影响，采用毛刷刷涂并补砂进行补救，每层制壳时均要进行。为增强型壳的强度，在制壳第７层后（硅溶胶－上店砂粉制壳结束）捆绑铁丝，共５层，底浇注盘捆铁丝１２道，见图５。铸件局部热节处，由于无法开设补缩冒口，故采用外冷铁，增加铸件致密性［４］。外冷铁是在制壳到第５层后用细铁丝网包覆直径为０．３ｍｍ铁丸，用铁丝固定，见图６。

　　１．４脱蜡

　　首先将所有出蜡口、内浇道压板、暗冒口压板打开、刮平，浇注系统上、下口打开，以利脱蜡及后续补壳。采用水蒸气脱蜡釜脱蜡，脱蜡压力为０．６５ＭＰａ，蒸气温度为１８２℃，在１４ｓ内达到压力，脱蜡时间为１３ｍｉｎ。

　　１．５预焙烧

　　采用天然气焙烧炉，温度为９２０℃，保温时间为２．５ｈ。由于快速成形时蜡模带有塑料基材料，脱蜡不干净，因此，焙烧时在４５０℃保温，天然气炉炉门半开，以利于塑料基材料燃烧干净，至无烟气时关闭炉门继续升温至焙烧温度保温。

　　１．６型壳补壳及组合

　　预焙烧后封堵所有出蜡口，用棉花堵塞所有内浇道根部以及明、暗冒口根部孔洞，防止砂粒、涂料掉入型腔。按照各自位置放上浇注系统，用硅溶胶－上店砂粉涂刷、撒砂、烧结。由于蜡型尺寸、质量偏大，加之手工制作型壳，型壳外棱角处砂粒易于磨损剥落，为保证型壳强度，在预焙烧结束后对上下棱圈处用硅溶胶－上店砂粉进行刷涂补壳４层。用天然气焙烧炉进行第二次焙烧，型壳单壳焙烧，用砂盘防护，以方便出壳。焙烧温度为９２０℃，保温时间≥２．５ｈ。

　　１．７浇注铸件

　　采用ＫＧＰＳ１７５中频感应炉熔炼Ｇ２Ｃｒ１３不锈钢，按配料单加料熔化，除渣、脱氧，调整温度后，出炉浇注。出炉温度为１６４０±１０℃，浇注温度为１６１０±１０℃，要浇注平稳，无断流，浇注３ｍｉｎ，浇注完毕点冒口、盖草灰，保温静置４５ｍｉｎ后开箱。由于铸件质量为１６０ｋｇ，为了保证有足够静压力，套炉时将炉领加高２０ｍｍ。由于铸件浇注质量大、凝固时间长，对型壳热冲击大，钢水凝固时间大于型壳溃散时间，为保证型壳有足够的强度，防止型壳鼓胀、开裂，在焙烧后的型壳放入无底的桶中埋砂浇注。埋砂时用铁棍捣实紧实，上部加压铁块，见图７。图７待浇注型壳Ｆｉｇ．７Ｍｏｌｄｓｈｅｌｌｔｏｂｅｐｏｕｒｅｄ为防止型壳降温太快，用预热７８０℃的型砂埋砂。为防止钢水在吊包中降温太快，吊包须用天然气炉烘烤８ｈ以上。

　　２试制结果

　　清理后目视检查，铸件成形完整，无浇不足现象，铸件内外表面轮廓清晰、光滑，无鼓胀、冲砂、夹渣、冷隔等缺陷，图８为中介机匣铸件。荧光检查未发现裂纹缺陷，Ｘ射线检查合格，内部无缩孔、缩松缺陷，浇冒口根部组织致密，铸件尺寸检查无变形，满足技术要求ＣＴ７级［５］。铸件化学成分和力学性能符合ＨＢ５４３０－１９８９要求，见表１和表２。

　　３结语

　　（１）采用快速成形法烧结中介机匣蜡模，与蜡模模具成形法相比，不仅制作费用低，而且速度快，能够保证铸件制造周期。在远离中介机匣蜡模脱蜡口部位增设出蜡口，能起到减小脱蜡过程蜡模膨胀对型壳的影响，便于脱蜡和快速泄压，降低蜡液对型壳的压力，防止型壳开裂。（２）中介机匣在制壳过程中捆绑铁丝及埋砂浇注能提高型壳强度，防止型壳鼓胀、开裂。在热节部位放置冷铁能防止出现缩松，提高铸件致密性。采用分体制作、组合浇注等各项措施成功制备了中介机匣铸件。

　　参考文献

　　［１］ＨＢ５４３０－１９８９．不锈钢、耐热钢熔模铸件［Ｓ］．１９８９．

　　［２］张建平，高飞，王玲玲，等．快速成型技术在熔模精密铸造中的应用［Ｊ］．新技术新工艺，２０１４（３）：５－７．

　　［３］毛蒲，芦刚，严青松，等．熔模精铸型壳性能强化的研究现状［Ｊ］．铸造技术，２０１５，３６（４）：９５７－９６０．

　　［４］纪汉成．浅谈铸造激冷系统的设计及冷铁标准化［Ｊ］．中国铸造装备与技术，２０１８，５３（４）：１７－２４．

　　［５］ＨＢ６１０３－２００４．铸件尺寸公差和机械加工余量［Ｓ］．２００４．

　　作者：王荣 刘俊英 李建彬