消失模鑄造殼體件澆注系統(tǒng)的設(shè)計

胡志君，程和法，孫 萍，余金元

（1.合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009；2.銅陵萬象汽車零部件有限公司，安徽銅陵市 244100）

消失模鑄造殼體件澆注系統(tǒng)的設(shè)計

胡志君1，程和法1，孫 萍1，余金元2

（1.合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009；2.銅陵萬象汽車零部件有限公司，安徽銅陵市 244100）

設(shè)計了三種澆注系統(tǒng)，對比分析了不同方案對殼體鑄件質(zhì)量的影響，確定方案三——澆道放置在鑄件外側(cè)的底注式澆注系統(tǒng)為最終實際生產(chǎn)方案。

消失模鑄造；殼體；澆注系統(tǒng)

1 殼體鑄件結(jié)構(gòu)特點及試驗條件

某公司生產(chǎn)的殼體類鑄件，材質(zhì)為HT200，重量88kg，最大輪廓尺寸482mm，結(jié)構(gòu)特點為中空且輪廓尺寸較大。

該鑄件采用消失模鑄造生產(chǎn)線生產(chǎn)。在試驗生產(chǎn)過程中設(shè)計了三種澆注系統(tǒng)，每種澆注系統(tǒng)澆注毛坯50件。爐料配比：廢鋼32%，回爐料50%，生鐵17%，錳鐵0.57%，硅鐵0.45%。采用2t感應(yīng)電爐熔煉，出鐵溫度1520℃，澆注溫度1450～1460℃。

2 試生產(chǎn)

2.1 方案一：澆道放置在鑄件中心的底注式澆注系統(tǒng)

根據(jù)鑄件中空的結(jié)構(gòu)特點，方案一將澆注系統(tǒng)放置在鑄件中心，如圖1所示。此種澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)，鐵液由內(nèi)澆道部位均勻地向四周擴散，金屬液上升平穩(wěn)且不發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動。澆注出的鑄件外表光滑無缺陷，但在內(nèi)澆道與鑄件本體連接處粘砂嚴重，此處粘附著一層砂粒和金屬的機械混合物，如圖2所示，鑄件在此處幾乎100%嚴重粘砂。

一方面，由于澆注系統(tǒng)放置在鑄件中心，內(nèi)澆道與鑄件本體連接處為熱節(jié)部位，金屬液處于液態(tài)的時間長，此處涂層在高溫液態(tài)金屬的長時間烘烤下易被金屬液熔合；另一方面，此處豎直連接直澆道，在充型過程中金屬液給予此處的壓力大，由于消失模鑄造為干砂造型，型砂在此處致密度較低。以上兩個方面為金屬液滲出涂料層提供了條件，造成嚴重機械粘砂。

內(nèi)澆道連接的鑄件本體壁厚8mm，由于此處粘砂嚴重，在清理澆注系統(tǒng)時，與內(nèi)澆道相連的鑄件本體上的部分也被一同清理下來，造成鑄件缺肉甚至形成孔洞，16%的毛坯因此成為廢品。

圖1 方案一

圖2 內(nèi)澆道處粘砂情況

2.2 方案二：階梯式澆注系統(tǒng)

考慮到鑄件輪廓尺寸及高度較大，方案二設(shè)計了階梯式澆注系統(tǒng)，鑄件底部兩個內(nèi)澆道，上部一個內(nèi)澆道，如圖3所示。預(yù)期金屬液首先由底層內(nèi)澆道充型，隨著型內(nèi)液面上升，自下而上地流經(jīng)上層內(nèi)澆道，因而充型平穩(wěn)，有利于順序凝固，避免縮松、縮孔、冷隔及澆不足等鑄造缺陷。但從試驗結(jié)果看，毛坯中出現(xiàn)冷隔缺陷，這與預(yù)期結(jié)果恰恰相反。將澆注溫度提高到1460～1470℃，雖能降低一定比例冷隔鑄件的出現(xiàn)，但效果不顯著。

圖3 方案二：階梯式澆注系統(tǒng)

圖4 冷隔鑄件

圖5 冷隔部位局部放大圖

冷隔出現(xiàn)在鑄件中間偏上部位，如圖4所示，圖5為其局部放大圖。究其原因，消失模鑄造為泡沫模樣實型鑄造，其充型過程區(qū)別于傳統(tǒng)空腔鑄造。對于傳統(tǒng)空腔鑄造來說，階梯式澆注系統(tǒng)容易實現(xiàn)下、上澆道依次充型；而對消失模鑄造來說，由于型腔中泡沫模樣對金屬液充型的影響，使得階梯式澆注系統(tǒng)很難實現(xiàn)下、上內(nèi)澆道依次充型。開始澆注時，金屬液在直澆道中的流動受到緩沖及背壓效應(yīng)的影響，速度變緩，使得上層內(nèi)澆道優(yōu)先充型[2]。在隨后充型過程中，上、下內(nèi)澆道同時充型，充型完畢時，兩股鐵液匯集在一起，鐵液在流動過程中受泡沫模樣氣化吸熱影響，鐵液前端溫度較低，因此在兩股鐵液匯集處容易形成冷隔缺陷。提高澆注溫度只能有限解決鑄件冷隔缺陷的發(fā)生，不能消除階梯式澆注系統(tǒng)在消失模鑄造特有充型特性條件下引起的冷隔缺陷。因此，消失模鑄造不易采用階梯式澆注系統(tǒng)。

2.3 方案三：澆道放置在鑄件外側(cè)的底注式澆注系統(tǒng)

方案三如圖6所示，采用3個內(nèi)澆道，粘結(jié)澆注系統(tǒng)時將鑄件口面朝上，并設(shè)置補縮冒口。3個內(nèi)澆道對稱分布，金屬液快速均勻地充滿型腔，澆注時間控制在10s以內(nèi)。澆注出的鑄件輪廓清晰，外觀無缺陷，機械加工后，沒有縮孔縮松、氣孔等缺陷，完全符合生產(chǎn)要求。

圖6 方案三泡沫模樣圖

3 試驗結(jié)果對比分析及實際生產(chǎn)驗證

三種方案試驗結(jié)果如表1所示。方案一雖能澆鑄出合格鑄件，但在清理澆注系統(tǒng)時，由于內(nèi)澆道與鑄件本體連接處粘砂嚴重，導(dǎo)致鑄件缺肉而成廢品，廢品率高達16%，說明方案一內(nèi)澆道位置不合理。方案二冷隔鑄件比例達12%，提高澆注溫度并不能顯著降低冷隔缺陷的發(fā)生，表明此類殼體鑄件不適合在消失模鑄造條件下選擇階梯式澆注系統(tǒng)。方案三廢品率控制在較低的水平，表二為實際生產(chǎn)過程中廢品率統(tǒng)計表，從表2可以看出方案三在現(xiàn)實生產(chǎn)中廢品率控制在3%以內(nèi)，獲得了穩(wěn)定高效的生產(chǎn)。

表1 三種試驗方案結(jié)果對比

表2 廢品率統(tǒng)計表

4 結(jié)語

（1）澆注系統(tǒng)類型及內(nèi)澆道位置控制著金屬液充型過程，對鑄件的質(zhì)量具有至關(guān)重要的影響。在正式生產(chǎn)前設(shè)計幾種澆注方案加以分析、對比，擇優(yōu)選用，使廢品率大大降低，提高了生產(chǎn)效益。

（2）消失模鑄造特有的充型特性使其不適合使用階梯式澆注系統(tǒng)，尤其是輪廓尺寸較大的鑄件。

[1]王文清，李魁盛.鑄造工藝學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2] Pan X E N，Sheu GL.Mold Filling Behavior in Vertical Gating Lost Foam Aluminum Alloy.AFS Trans，2000，01：79～86.

Design of Pouring System for Expendable Pattern Casting of Shell Parts

HU ZhiJun1，CHENG HeFa1，SUN Ping1，YU JinYuan2

（1.School of Materials Science and Engineering,Hefei University of Technology，Hefei 230009，China；2.Tongling Wanxiang Automotive parts Co.Ltd.，Tongling 244100，Anhui China）

Three kinds of pouring system have been designed for comparison of which the 3rd one that the bottom casting with runner put on side out of the castings has been determined as the final scheme in real production of shell parts castings.

Expendable pattern casting；Shell；Pouring system

TG249.6;

A；

1006－9658（2010）03－2

2010-01-18

2010-010