低碳合金鋼鑄件消失模鑄造技術(shù)研究與應(yīng)用

王新節(jié)（浙江大學(xué)城市學(xué)院，杭州 310015）

低碳合金鋼鑄件消失模鑄造技術(shù)研究與應(yīng)用

王新節(jié)（浙江大學(xué)城市學(xué)院，杭州 310015）

運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助凝固過程數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程制造CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)手段，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型結(jié)構(gòu)、鑄造工藝參數(shù)、產(chǎn)品模具工裝結(jié)構(gòu)、澆冒口工藝系統(tǒng)以及模具型腔數(shù)控加工的刀具定位源文件，研究開發(fā)了貨運(yùn)列車低碳合金鋼零部件轉(zhuǎn)8A型承載鞍消失模鑄件產(chǎn)品。與普通砂型鑄造相比，其鑄件單體重量減輕了3kg，鑄件重量精度達(dá)到MT7級(jí)，鑄件尺寸精度達(dá)到CT8級(jí)，鑄造工藝出品率達(dá)到65%；本文也對(duì)大批量產(chǎn)生過程中容易出現(xiàn)的鑄造缺陷進(jìn)行了分析并提出了解決的辦法。

消失模鑄造；低碳鋼；CAD；CAE；CAM

1 引言

低碳合金鋼承載鞍是主型貨車轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵零部件（圖1）。承載鞍安裝在貨車的滾動(dòng)軸承和轉(zhuǎn)向架側(cè)架導(dǎo)框之間，起著軸承與側(cè)架的連接、定位和傳遞各種載荷的作用。目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的制造方式是普通的砂型鑄造或采用熔模精密鑄造。普通的砂型鑄造和熔模精密鑄造的生產(chǎn)工序繁雜，對(duì)從業(yè)者的鑄造技能依賴性較大，勞動(dòng)強(qiáng)度大和環(huán)境污染嚴(yán)重。這就導(dǎo)致了鑄件外觀質(zhì)量、鑄件尺寸精度和鑄件內(nèi)在質(zhì)量都很難穩(wěn)定。

消失模鑄造采用聚苯乙烯泡沫塑料（EPS、PMMA、EPMMA）模造型，型砂選用無粘結(jié)劑和添加物的單一干砂，不需起模即可澆注。金屬液采用負(fù)壓澆注，液態(tài)金屬使泡沫塑料燃燒、氣化，同時(shí)立即充填原來由模樣占據(jù)的型腔。由于不需起模，無分型面，且一般不需要用型芯，所以鑄件尺寸較精確，鑄件機(jī)械加工面的預(yù)留余量值較小，有些工藝孔可以直接鑄出，實(shí)現(xiàn)少加工或免加工,鑄件重量可以有效減輕。鑄件無披縫，可省去大量的清理工作。這樣不但節(jié)約了生產(chǎn)資料而且使得粉塵污染大幅降低；另一方面又由于消失模鑄造采用負(fù)壓澆注，這不但使得金屬液充型速度加快，有利于強(qiáng)化金屬液凝固時(shí)顯微組織的致密性以提高鑄件的力學(xué)性能，也使有害氣體煙霧可以方便地實(shí)現(xiàn)集中收集并集中處理。因此消失模鑄造被譽(yù)為綠色鑄造。圖2為采用消失模鑄造工藝來組織生產(chǎn)的承載鞍消失模模樣。

2 鑄造工藝設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品及其工裝模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，承載鞍3D產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及冒口設(shè)計(jì)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)來完成的。之所以將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及冒口設(shè)計(jì)放在一起來考慮，主要是體現(xiàn)低碳合金鋼鑄件凝固時(shí)的收縮因素。運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的圖層管理手段，將承載鞍產(chǎn)品二維投影線和結(jié)構(gòu)特征線條進(jìn)行提煉和規(guī)整，使其能夠通過適當(dāng)?shù)奶卣髟煨突蚍翘卣髟煨筒僮鳎豪臁⑿D(zhuǎn)、掃掠（三維幾何實(shí)體或歐幾里德幾何片體）、網(wǎng)格曲面構(gòu)造、幾何實(shí)體分割、幾何實(shí)體修剪、幾何實(shí)體布爾加運(yùn)算和布爾減運(yùn)算等技術(shù)手段，來完成承載鞍產(chǎn)品三維幾何實(shí)體的建模工作。對(duì)于低碳合金鋼消失模工藝而言，可以將產(chǎn)品零件三維幾何實(shí)體按照縮水比例尺1.025%倍率進(jìn)行放大處理，重要加工面（有配合要求）的機(jī)械加工余量可以設(shè)置2.5mm，對(duì)于只要滿足常規(guī)性裝配要求的加工面，其機(jī)械加工余量可以設(shè)置為2.0mm。由于消失模鑄造無需起模，故不需要單獨(dú)在泡沫模樣上設(shè)置造型起模斜度；但是為了方便泡沫模樣在制模工序中的順利脫模，我們還是要在泡沫模樣上的不同結(jié)構(gòu)處設(shè)置一定的有區(qū)別的起模斜度值。

如圖4所示，承載鞍工裝模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)來完成的。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：模具型腔本體的形成，模具型板排版結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模具本體結(jié)構(gòu)一次防變形支撐桿設(shè)計(jì)，外延式蒸汽柜（或制模機(jī)自帶蒸汽柜）設(shè)計(jì)，背部密封板設(shè)計(jì)，定位銷套的設(shè)計(jì)，模具組裝件二次防變形設(shè)計(jì)。

2.2 消失模生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)

消失模鑄造生產(chǎn)工藝流程：珠粒預(yù)發(fā)泡→預(yù)發(fā)珠粒時(shí)效→模片制取（泡沫模樣、模具CAD/CAM)→模片熟化→模片膠合→模樣簇組裝（凝固過程數(shù)值模擬CAE）→浸涂涂料→模樣簇涂料烘干→單一干砂造型→負(fù)壓澆注成形→鑄件清理噴漆。

3 模具制造工藝

如圖4所示，承載鞍產(chǎn)品模具本體型腔安裝在分型面型板框架的排版機(jī)座內(nèi)。模具本體型腔材質(zhì)通常使用鑄造鋁合金或鍛造鋁合金；模具本體型腔的制造方式有局部鏤空的仿形鑄造和仿形銑削加工、實(shí)心板材的數(shù)控編程銑削加工。本文重點(diǎn)對(duì)實(shí)心板材數(shù)控加工制造工藝進(jìn)行研究。

3.1 模具背面型腔的數(shù)控編程加工工藝

圖4所示的是承載鞍凸模模具型腔正面形狀，其背部結(jié)構(gòu)是帶有凸緣的強(qiáng)化支撐輻板網(wǎng)格實(shí)體與等壁厚模具型腔實(shí)體的相貫綜合體。為了提高凸模模具型腔的整體剛度，我們?cè)O(shè)計(jì)了型腔分型面背部的凸緣式強(qiáng)化支撐輻板網(wǎng)格實(shí)體，用以平衡其正面的凸模實(shí)體質(zhì)量分布和為了預(yù)防模具本體型腔的一次性變形而設(shè)置的支撐桿提供支點(diǎn)；為了讓模具型腔能夠快速而均勻的受熱和傳熱、使模具型腔具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并為安裝通氣塞提供實(shí)體基礎(chǔ)，我們將模具型腔的壁厚設(shè)計(jì)為10mm。按照常規(guī)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)理念，需要對(duì)凸模模具的背部結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體的造型。我們運(yùn)用CAD/CAM一體化技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)凸模模具背部型腔無需三維建模，就能夠直接加工制造出嚴(yán)格幾何意義上的帶有凸緣強(qiáng)化支撐輻板網(wǎng)格實(shí)體與等壁厚模具型腔實(shí)體的相貫綜合體模具背部型腔。如圖5所示，在承載鞍凸模三維實(shí)體的背面定義工作坐標(biāo)系的位置。坐標(biāo)系的原點(diǎn)定義在模具背部凸緣實(shí)體幾何中中心的最高點(diǎn)，凸緣高度為70mm，XC坐標(biāo)軸正向沿模具長(zhǎng)度方向水平向右，YC坐標(biāo)軸正向沿模具寬度方向向前，并與XC坐標(biāo)軸構(gòu)成右手迪卡爾坐標(biāo)系的空間矢量走向，ZC坐標(biāo)軸正向豎直向上。將數(shù)控編程加工坐標(biāo)系MCS通過原點(diǎn)定位和加工坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的方式保持與工作坐標(biāo)系完全一致，以方便加工結(jié)果與設(shè)計(jì)理念的校核。在此XC—YC二維坐標(biāo)平面上繪制凸緣強(qiáng)化支撐輻板網(wǎng)格線框，線框截面的寬度為5mm代表輻板壁厚。選擇數(shù)控編程加工模塊中的型腔銑削子模塊，將加工零件定義為除凸模模具背部型腔實(shí)體建模頂部平面之外的所有外表面，這些面的機(jī)械加工余量設(shè)置為10mm，這個(gè)厚度就是模具型腔的實(shí)際壁厚。為了防止過切現(xiàn)象的發(fā)生，要設(shè)置檢查面，檢查面的組成和機(jī)械加工余量均與零件面一致。刀具定位源文件中的驅(qū)動(dòng)邊界用定義材料側(cè)的方式予以確認(rèn)，模具背部凸緣最高處框截面線框的外邊框的材料側(cè)定義為內(nèi)部，其內(nèi)部各個(gè)小邊框的材料側(cè)定義為外部，這樣就可以確保刀具在加工去除多余材料的同時(shí)顯現(xiàn)出模具背部結(jié)構(gòu)實(shí)體。由于模具背部型腔結(jié)構(gòu)區(qū)域可分為兩個(gè)明顯復(fù)雜程度不同的部分：模具型腔仿形區(qū)和純粹強(qiáng)化輻板結(jié)構(gòu)區(qū)，所以，再定義每層切削厚度時(shí)應(yīng)該分區(qū)域定義。前者應(yīng)取較小值1.5mm（此數(shù)值越小，模具的壁厚越均勻一致并接近10mm），后者應(yīng)取較大值2.5mm，這樣既可以提高加工效率，也滿足了模具實(shí)際需要的傳熱效率。模具背部型腔結(jié)構(gòu)是由8個(gè)獨(dú)立的子型腔構(gòu)成，每個(gè)子型腔的實(shí)際深度都大于150mm，而且僅在頂部端面部分是開放的，在實(shí)際的數(shù)控加工中就有可能帶來兩個(gè)方面的隱患：如果按照深度優(yōu)先來編程序，就有可能導(dǎo)致模具變形，這主要是由于刀具長(zhǎng)時(shí)間的在局部進(jìn)行加工，使得模具在較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)受力不均；如果不能及時(shí)排放加工過程中的切削液及其內(nèi)含的金屬屑，就有可能導(dǎo)致刀具受熱磨損加快，甚至?xí)霈F(xiàn)斷刀現(xiàn)象，影響模具表面粗糙度。對(duì)于前者，可以采取層優(yōu)先的優(yōu)化路徑走刀路徑，在此基礎(chǔ)上，再設(shè)置小的切削深度和快速走刀參數(shù)（1200mm/m），這樣既可以減輕加工變形量，又能提高加工效率；對(duì)于后者，可以采取定期清理型腔切削液和預(yù)先開設(shè)排放通道的方式予以解決。圖6所示為采用CAD/CAM一體化技術(shù)手段加工刀具路徑效果圖。

3.2 模具背面型腔的數(shù)控編程仿真加工與模擬

如圖7所示，與模具背面型腔的數(shù)控編程加工相類似，首先將模具的長(zhǎng)寬方向與數(shù)控機(jī)加工中心工作臺(tái)的走向保持一致并安裝固定之，這樣便于用標(biāo)準(zhǔn)刀具對(duì)刀并確定G54的位置。其次將工作坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)定在凸模正面型腔的幾何中心最高點(diǎn)，校準(zhǔn)XC坐標(biāo)軸正向與加工中心主軸的X正向走刀保持一致，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸將YC和ZC坐標(biāo)軸按照右手迪卡爾坐標(biāo)系的屬性將其正向與加工中心主軸的Y和Z正向保持一致。最后將加工坐標(biāo)系MCS校正與WCS相統(tǒng)一。模具正面型腔的粗加工大批量去除多余的材料其數(shù)控程序的編制理念和參數(shù)設(shè)置如同模具背部型腔相似（零件面的機(jī)械加工余量設(shè)置為1.2mm，用于模具起模斜度的預(yù)留加工：預(yù)留余量的計(jì)算公式為H tan（α），其中H為凸模的總體高度內(nèi)，需要分段添加起模斜度的最大模型段高度值，α即為起模斜度；為了后續(xù)數(shù)控加工仿真模擬的順利進(jìn)行，需要通過建模技術(shù)手段創(chuàng)建一個(gè)能夠完全覆蓋凸模正面型腔的三維幾何實(shí)體，并將之選定定義為模具加工毛坯），可以參照3.1中的描述。這里僅就模具正面型腔的精加工進(jìn)行討論。

為了能夠在精加工時(shí)能夠做到有的放矢以提高加工效率，就要精確地掌握凸模正面粗加工后的實(shí)際形狀和實(shí)際殘留余量分布。我們可以通過兩種途徑來獲得信息，其一是到加工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察，其二是運(yùn)用數(shù)控加工數(shù)值模擬圖來進(jìn)行觀察。如圖8所示數(shù)值模擬加工的不足之處是：只能反映最后的加工結(jié)果，而對(duì)實(shí)際加工用的刀具的磨損消耗導(dǎo)致的精度降低和模具材質(zhì)的切削性能卻無法體現(xiàn)，這也給設(shè)置加工參數(shù)帶來盲目性。因此，實(shí)際進(jìn)行模具加工時(shí)，要將兩者結(jié)合起來，這樣可以做到宏觀在望微觀在握，根據(jù)選用的刀具、模具材料以及加工中心的性能適時(shí)地調(diào)整加工工藝參數(shù)。圖7所示的是凸模正面型腔的精加工刀具路徑軌跡，其中一條代表刀具的切削走刀路線，另一條代表抬刀、空中安全移動(dòng)刀具和進(jìn)刀路線。數(shù)控加工子模塊選擇型腔銑，切削方式選用輪廓銑，這樣可在粗加工型腔銑的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一次性清根加工。刀具定義為直徑?8mm，錐度 1.5°，步距 0.2，每層切削深度 0.2mm，進(jìn)給速度1200mm/m，余量0.05mm，用于最后拋光處理。

4 鑄造凝固過程數(shù)值模擬

低碳合金鋼承載鞍消失模鑄件的凝固模擬過程如下：首先通過布爾加運(yùn)算創(chuàng)建一個(gè)大鑄件模型，即將承載鞍產(chǎn)品三維鑄件實(shí)體模型、雙冒口實(shí)體模型和澆注系統(tǒng)實(shí)體模型三個(gè)獨(dú)立的實(shí)體部分加和成一個(gè)幾何實(shí)體模型。然后將承載鞍三維鑄件模型擺正位置，即將三維設(shè)計(jì)軟件中的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系WCS的Z軸豎直向上并與正常的鑄型澆注位置（澆口杯開口向上）保持一致，存盤后以STL格式傳出，獲得STL格式文件。最后對(duì)該STL格式文件進(jìn)行三維正交網(wǎng)格的劃分處理。首先用STL實(shí)體旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)功能輸入該STL格式的大鑄件模型文件，確保其澆注位置擺放正確。然后輸入該STL格式的大鑄件模型文件作為鑄件，并定義網(wǎng)格步長(zhǎng)（即正交網(wǎng)格單元的尺寸（mm）：d x、d y、d z）的數(shù)值進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格步長(zhǎng)的數(shù)值通常要保證鑄件的最小壁厚處有3～5個(gè)正六面體，這樣模擬計(jì)算出的結(jié)果更接近實(shí)際澆注情況。如果鑄型文件沒有定義，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)添加五層鑄型邊界來進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理。這樣系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成MESH格式文件。需要說明的是，在進(jìn)行STL格式的網(wǎng)格劃分時(shí)，網(wǎng)格步長(zhǎng)每增加一倍，其計(jì)算時(shí)間會(huì)增加23=8倍。所以在能滿足計(jì)算精度的前提下，不宜任意增加網(wǎng)格步長(zhǎng)，否則浪費(fèi)了大量的計(jì)算時(shí)間，實(shí)際的凝固模擬效果也沒有本質(zhì)上的區(qū)別。選擇采溫點(diǎn)，計(jì)算過程中，在指定的鑄件斷面和對(duì)應(yīng)的等截面型砂斷面上選擇一些采溫點(diǎn)，記錄某些點(diǎn)的冷卻或升溫過程，畫出點(diǎn)的冷卻或升溫曲線。如圖9所示，我們選擇了五個(gè)采溫點(diǎn)，其中1、4和5點(diǎn)分別設(shè)置在承載鞍鑄件上的不同部位，2和3點(diǎn)設(shè)置在型砂的不同部位。我們可以借助這一系列的鑄件型砂溫度分布場(chǎng)來分析鑄件的凝固過程并對(duì)型砂的后續(xù)冷卻處理提供參考。在凝固參數(shù)計(jì)算準(zhǔn)備菜單項(xiàng)中選擇建立凝固解算輸入文件，新建一個(gè)IN格式的凝固解算輸入文件。材質(zhì)選擇 ZG230-450，密度 7.4000g/cm3，熱導(dǎo)率0.2500Cal/（cm·K·s），比熱0.1210Cal/（g·K），結(jié)晶潛熱62.0000Cal/g，液相線溫度1510.00℃，固相線溫度1449.00℃；鑄型選擇干石英砂，其密度1.6000g/cm3，熱導(dǎo)率0.0031Cal/（cm·K·s），比熱0.2900Cal/（g·K）；鑄型外界相關(guān)介質(zhì)是空氣，其密度為0.0013g/cm3，熱導(dǎo)率0.0001Cal/（cm·K·s），空氣比熱0.2400Cal/（g·K）；鑄型/鑄件熱阻設(shè)定為1000，臨界固相率0.6，液態(tài)體收縮率0.025。凝固模擬解算器通過輸入IN格式的凝固解算文件并定義低碳合金鋼的澆注溫度1580℃，環(huán)境溫度20℃，解算時(shí)間為設(shè)定要能保證大于鑄件的實(shí)際凝固時(shí)間，通常設(shè)置的大一些，1000min。間隔時(shí)間為欲保存溫度場(chǎng)的時(shí)間間隔，通常設(shè)置間隔時(shí)間為2min。間隔時(shí)間的設(shè)置既要保證分析凝固機(jī)理的有效性，又要防止過多設(shè)置造成資源浪費(fèi)。待完全凝固后停止解算，設(shè)置頂冒口、鑄鋼件和凝固動(dòng)態(tài)模擬。通過數(shù)據(jù)庫輸入熱物性參數(shù)后進(jìn)行有限差分（FDM）傳熱計(jì)算，在獲得溫度分布的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)縮孔縮松缺陷，經(jīng)過13.3min，鑄件已完全凝固100%，如圖10所示。

5 鑄件缺陷的分析

5.1 側(cè)面脈紋缺陷

如圖11所示，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)在鑄件側(cè)面出現(xiàn)一定比例的隨機(jī)分布、長(zhǎng)短不一但方向有所趨同的突起脈紋現(xiàn)象。脈紋厚度較小者，可以通過噴丸清理和人工磨削進(jìn)行修復(fù)；較大者，只能借助專用工具進(jìn)行處理，這樣耗時(shí)費(fèi)力，增加了生產(chǎn)成本，降低了鑄件的表面質(zhì)量。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)與分析對(duì)比，消失模涂料的成分、浸涂工藝和烘干工藝與此現(xiàn)象密切有關(guān)。消失模涂料成分中的有機(jī)高分子纖維材料要具有良好的懸浮均一性，防止在局部富集，引起涂料殼層局部透氣性差別較大，導(dǎo)致液態(tài)金屬局部充填勢(shì)能出現(xiàn)失衡。浸涂工藝要有利于泡沫模樣表面濕態(tài)涂料流動(dòng)的機(jī)會(huì)均等性，避免局部堆積現(xiàn)象的發(fā)生。這可以通過采用機(jī)械手運(yùn)行教點(diǎn)程序，從而穩(wěn)定地使涂料實(shí)現(xiàn)有序流動(dòng)，最終達(dá)到涂料殼層厚度的均勻化，提高涂料殼層的整體高溫強(qiáng)度和剛度。烘干工藝要控制好四個(gè)方面的指標(biāo)：其一是烘箱內(nèi)的升溫速度，其二是烘箱內(nèi)的空氣流動(dòng)性，其三是烘箱溫度，其四是烘干程度。總體指導(dǎo)思想是緩慢升溫、適當(dāng)大小的空氣流動(dòng)速度、一定范圍內(nèi)的烘箱溫度并保持恒溫，涂料殼層要干透，防止造型時(shí)的回潮現(xiàn)象發(fā)生。

5.2 內(nèi)表面氣隔缺陷

圖12所示，承載鞍鑄件內(nèi)腔凸起弧形面上分布有深淺不一、或連接成片、或孤立成島狀的蜂窩狀氣隔痕跡。程度較輕者可以通過機(jī)械加工去除，較重者直接導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。產(chǎn)生此缺陷主要在造型工藝。按照?qǐng)D13所示的澆注系統(tǒng)布局，由于承載鞍產(chǎn)品內(nèi)腔在造型時(shí)填砂困難，通常會(huì)在泡沫模樣浸涂涂料以前，先用自硬砂將其填充緊實(shí)。這些自硬砂覆蓋層會(huì)影響泡沫模樣燃燒產(chǎn)生氣體的排出從而導(dǎo)致氣隔現(xiàn)象的發(fā)生。這可以通過三個(gè)方面的途徑去解決：其一是適當(dāng)降低泡沫模樣的密度，從源頭上減少其發(fā)氣量；其二是自硬砂的填充覆蓋面上要按照一定的規(guī)格留有排氣通道，有效疏散鑄型內(nèi)的氣體；其三是適當(dāng)提高澆注時(shí)鑄型的負(fù)壓度，給鑄型內(nèi)的氣體疏散提供一個(gè)良好的外部環(huán)境。

5.3 頂面夾雜涂料缺陷

圖13所示，在承載鞍產(chǎn)品的頂部表面上經(jīng)常會(huì)發(fā)生夾雜涂料的現(xiàn)象，其分布具有不確定性，而其面積大小和深度都不盡相同。程度較輕者可以在清理后通過焊補(bǔ)修復(fù);程度較重者，直接導(dǎo)致報(bào)廢。這種缺陷內(nèi)的涂料主要來自兩個(gè)途徑：一是澆冒口系統(tǒng)泡沫模樣簇；其二是來產(chǎn)品模樣簇。前者又分為各個(gè)澆冒口泡沫模樣段本身所帶來的涂料沖刷夾雜和澆冒口組裝接口處帶來的涂料沖刷夾雜。通常澆冒口系統(tǒng)是各個(gè)澆冒口組成段通過交合而成一個(gè)完整的澆注系統(tǒng)模樣簇，各個(gè)泡沫段又是通過電熱絲切割泡沫板而得來的。由于這些泡沫板材表面比較粗糙，很容易讓涂料滲透至一定的深度，形成許多密集的孤立島狀涂料鐘乳體，它們很容易被高溫金屬液卷入鑄件體內(nèi)形成涂料夾雜。另外，澆冒口連接部位的涂料補(bǔ)刷層涂料與一次性浸涂的涂料層殼體的銜接不夠牢固，也容易被高溫的金屬液卷入鑄件內(nèi)形成涂料夾雜；產(chǎn)品模樣簇在造型時(shí)，在強(qiáng)烈的振實(shí)臺(tái)振動(dòng)和型砂高速流動(dòng)的沖擊下，涂料層殼體局部強(qiáng)度和剛度較弱的部分，有可能發(fā)生脫落而卷入至鑄型內(nèi)導(dǎo)致夾雜缺陷。對(duì)于前者，可以通過用模具整體式制作澆冒口模樣簇來提高其表面粗糙度并取消其接口部分的補(bǔ)加涂料工序，進(jìn)而杜絕涂料的內(nèi)滲和沖刷卷入的夾雜物；對(duì)于后者，盡量采用機(jī)械化手段來代替人工浸涂工藝以提高模樣簇的涂料層殼體的整體剛度和強(qiáng)度。

6 結(jié)論

運(yùn)用消失模工藝生產(chǎn)貨運(yùn)列車低碳合金鋼承載鞍鑄件可以達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的；運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)凝固過程數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)輔助加工制造技術(shù)手段能夠輔助實(shí)際鑄造生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

[1]王新節(jié).柴油機(jī)氣缸蓋消失模鑄造模樣模具CAD/CAM.J.鑄造，1999（7）:19-23.

[2]荊濤.凝固過程數(shù)值模擬[M].北京：電子工業(yè)出版社.2002，5.

Research and Application of Lost Foam Technology of Low-Carbon Alloy Steel Casting

WANG XinJie
（City College Zhejiang University，Hangzhou 310015，Zhejiang China）

By integ rated technological medium of 3D CAD，computer aided solidification p rocess numerical simulation engineering and computer aided NC p rogramm ing manufacturing，by m eans of op tim ization of p roduc t pattern struc ture，found ry technological parameters，d ie auxiliary，equipment and tool，riser gating system and d ie cavity NC cutter location source file，the type of Z8A goods train lowcarbon alloy steel adap ter lost foam casting has been developed.Com paredw ith ord inary sand mold casting，the casting monomer weight lightened 3kg，g rade of casting weight p recision cam e to MT7，g rade of casting size p recision came to CT8，found ry yield came to 65%.Casting defects easily appeared in the course of large quantities p roduction have been analysed w ith solution methods offered.

Lost foam casting；Low-carbon steel；CAD/CAE/CAM

TG249.6;

A；

1006－9658（2011）02－5

2010－11－29

2010－174

王新節(jié)（1966-），男，教授，主要研究綠色鑄造成形工藝