沖壓機(jī)床機(jī)座的消失模鑄造

高成勛，李宇超

（鄭州市宇超機(jī)械制造有限公司，河南 鄭州 450000）

消失模鑄造經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，消失模鑄造技術(shù)的工藝逐步步入成熟階段，近十幾年的廣泛推廣和發(fā)展，其生產(chǎn)的產(chǎn)品由簡單的鑄件發(fā)展到可以生產(chǎn)形狀非常復(fù)雜的，材質(zhì)種類越來越多的鑄件。

2010年鄭州市宇超機(jī)械制造有限公司在市場競爭激烈，原輔材料價(jià)格上漲，對沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件生產(chǎn)尋找一個(gè)較砂型鑄造工藝成本更低的工藝來提高沖壓機(jī)床機(jī)座的利潤空間，顯得極其重要。

沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件生產(chǎn)采用消失模鑄造工藝替代砂型鑄造工藝有許多優(yōu)點(diǎn)。

1）消失模鑄造可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)的要求；

2）消失模鑄造比砂型鑄造的成本更低，提高了鑄件產(chǎn)品的附加值；

3）消失模生產(chǎn)的沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件，無論外觀，質(zhì)量還是內(nèi)在質(zhì)量都能達(dá)到使用要求；

4）沖壓機(jī)床機(jī)座市場很大，需求量大，有很大的生存空間。

總之，消失模鑄造生產(chǎn)的沖壓機(jī)床機(jī)座件是沖壓機(jī)床鑄件發(fā)展的一種方向。

1 鑄件的特點(diǎn)和難點(diǎn)

1.1 沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件結(jié)構(gòu)

沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件結(jié)構(gòu)如圖1，其規(guī)格有35 t、50t、63 t、80t、100t、125 t等沖壓機(jī)床鑄件材質(zhì)為HT150或 HT200，鑄件質(zhì)量分別是 1.1t、1.6 t、2.4 t、3.2t、4.5 t、5 t。鑄件的表面粗糙和光潔度要好，其尺寸公差等級10～12級，鑄件質(zhì)量公差9～11級。

圖1 沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件結(jié)構(gòu)圖

1.2 工藝難點(diǎn)

該鑄件雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是壁厚比較厚大，表面質(zhì)量要求高，并需要加工部位不能有缺陷并且鑄件需要做沖擊試驗(yàn)，同時(shí)該鑄件壁厚差大，鑄件壁厚差有的地方超過100mm。

2 泡沫質(zhì)量的控制

2.1 泡沫原材料選擇

模樣材料和密度直接影響最終鑄件的質(zhì)量。珠粒材料的選擇和發(fā)泡板材質(zhì)量的控制是保證模樣質(zhì)量的關(guān)鍵，模樣含碳量越高，密度越大，分解后的碳化物越多，容易產(chǎn)生冷隔、夾渣、氣孔等缺陷。在試驗(yàn)中，模樣原材料選用適當(dāng)粒度的EPS泡沫板材，發(fā)泡密度控制在20g/L～22g/L。

2.2 泡沫板材成型控制

成形工藝是獲得優(yōu)質(zhì)模樣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。泡沫板材成型過程中，要求泡沫廠家特制生產(chǎn)的板材。要求不能出現(xiàn)夾生和過燒。要求成型出來的板材表面珠粒均勻和表面光潔。嚴(yán)格控制泡沫板材質(zhì)量。

3 模樣和澆冒口組合及尺寸控制

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理也是消失模工藝鑄造沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件的關(guān)鍵因素。沖壓機(jī)床機(jī)座澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)有底注、階梯注及側(cè)注等多種澆注方式，應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行合理的選擇和設(shè)計(jì)。沖壓機(jī)床機(jī)座澆注系統(tǒng)的截面積較其他鑄造工藝的澆注系統(tǒng)截面積大。且內(nèi)澆道一般設(shè)在鑄件壁厚處的位置，以保證加壓時(shí)的補(bǔ)縮效果。

根據(jù)消失模鑄造的特點(diǎn)，澆注金屬液容易產(chǎn)生紊亂，沖壓機(jī)床機(jī)座尺寸大且金屬液在充型最遠(yuǎn)部位往往易出現(xiàn)澆不足或冷隔。為保證鑄件不出現(xiàn)缺陷，應(yīng)適當(dāng)提高澆注溫度，加大澆口截面積以及金屬壓頭高度。根據(jù)沖壓機(jī)床機(jī)座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為避免壁厚處出現(xiàn)疏松缺陷，澆注系統(tǒng)采用底注式，內(nèi)澆道設(shè)在兩個(gè)立板內(nèi)側(cè)面壁厚較厚的地方位置，截面尺寸為160mm×20mm兩道，橫澆道及輔助澆道截面尺寸為100mm×15mm，直澆道截面尺寸為φ70mm，其模樣如圖2所示。

圖2 模樣示意圖

4 涂料質(zhì)量控制

4.1 涂料性能要求

涂料一般由耐火骨料、黏結(jié)劑、懸浮劑和附加物等組成。選用不同配方和組分以及各種組成物的比例對涂料性能影響很大，涂料的性能直接關(guān)系到鑄件的質(zhì)量。一方面，涂層具有一定的強(qiáng)度和耐火度，加壓時(shí)涂料層將高溫不銹鋼液與干砂有效地隔離，從而防止金屬液滲入干砂中形成粘砂。另一方面，涂層具有良好的透氣性，以便加壓時(shí)泡沫模樣汽化的殘余氣體能有效的順利的排出，避免滲入高溫的鐵液而產(chǎn)生氣孔、疏松等鑄造缺陷。當(dāng)然，涂料的透氣性并不是越高越好，過高會造成加壓后鑄件表面產(chǎn)生凸起點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)會造成鐵液逸出滲入干砂中，使鑄件無法清理，導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。

涂料層的透氣性與涂料組分和涂層的厚度有關(guān)?？刂仆繉拥暮穸汝P(guān)鍵是控制涂料的黏稠度和涂掛次數(shù)。所以應(yīng)選擇無機(jī)和有機(jī)黏結(jié)劑的種類及加入量，配制有較高強(qiáng)度和較高涂覆性能的涂料。首先至少高速攪拌120min，后低速攪拌。為了得到均勻的涂層，保證涂層不滴不流，應(yīng)在24 h內(nèi)不間斷攪拌使用。

4.2 涂料烘干工藝

消失模烘房應(yīng)該具備良好的通風(fēng)、加熱系統(tǒng)和保濕功能，能滿足模樣和涂料層的徹底烘干。烘房的溫度控制在45℃～50℃間，烘干時(shí)間與泡沫模樣的主要壁厚有關(guān)，薄壁泡沫模樣烘干時(shí)間大于24 h，厚壁泡沫模樣要達(dá)到48 h～96 h方能完全烘干。如果模樣不干透，在澆注時(shí)易造成發(fā)氣量增大而使?jié)沧⒎磭姡硅T件產(chǎn)生氣孔、冷隔等缺陷而報(bào)廢。

模樣在烘干過程中，除溫度控制外，還應(yīng)注意控制濕度，在烘房設(shè)置通風(fēng)設(shè)備，控制濕度不大于30%。烘干過程模樣需要合理的放置和支撐，防止模樣變形。干燥后的模樣在造型前應(yīng)放置在濕度小的地方，以防吸潮。

5 澆注區(qū)工藝控制

5.1 振動造型

造型是澆注前的重要工藝環(huán)節(jié)。消失模鑄造用砂選用的是無粘結(jié)劑的干砂，具有良好的流動性、透氣性和耐火性，容易流入鑄件模樣的內(nèi)部型腔，使?jié)沧a(chǎn)生的殘余物順利溢出，同時(shí)還能夠抵抗金屬液滲入并為泡沫模樣提供支撐。生產(chǎn)中選用40-70目的海砂，粒形以圓形為主。在砂箱中安放模樣時(shí)，應(yīng)保證模樣離砂箱底部及四周最小吃砂量在250mm以上。加砂造型采用邊加砂并振動，直至加滿到澆口杯的位置，振動電機(jī)的頻率調(diào)至30Hz～50Hz。

5.2 負(fù)壓澆注

沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件采用中頻電爐熔化鐵液其質(zhì)量優(yōu)于沖天爐熔化鐵液；其溫度和成分容易控制；消失模鑄造。

在澆注前，通過抽負(fù)壓可使干砂形成一定的強(qiáng)度，生產(chǎn)中砂箱內(nèi)真空度調(diào)到0.60MPa～0.65 MPa。澆注時(shí)澆包應(yīng)盡量靠近澆口杯，以相距100mm為宜，充型應(yīng)平穩(wěn)而不斷流。液流不能直接沖刷澆口杯根部，需要經(jīng)過緩沖堤而平穩(wěn)地進(jìn)入到直澆道。在澆注過程中，澆口杯應(yīng)保持充滿狀態(tài)并防止液體擾動，澆注速度應(yīng)稍慢并保持勻速，防止急流產(chǎn)生紊流。

5.3 保壓工藝

澆注完畢后，將砂箱在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持一定的負(fù)壓，即保壓。保壓時(shí)間要考慮鐵液中氣體在負(fù)壓狀態(tài)下逸出的時(shí)間。如果過早卸壓，鐵液未徹底凝固情況下即卸壓，會有鐵液中剩余氣體殘留在鑄件中，所以等鐵液凝固后即可卸壓。此外，保壓時(shí)間主要取決于鑄件的厚度，在保證成型和結(jié)晶凝固的條件下，保壓時(shí)間以短為好。但是保壓時(shí)間過短，則鑄件內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔和縮松，如果時(shí)間過長增加了變形抗力，容易出現(xiàn)開裂；導(dǎo)致鑄件報(bào)廢，一般控制在 10min～15 min。

6 鑄件質(zhì)量檢測

沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件需要在鑄件本體上取試樣進(jìn)行理化分析，特別是沖擊強(qiáng)度分析；其表面質(zhì)量，尺寸精度，位置公差，表面粗糙度等都符合鑄件的技術(shù)要求。圖3為沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件毛坯。

圖3 沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件毛坯

7 總 結(jié)

1）通過采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件可以獲得比砂型鑄造工藝生產(chǎn)沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的鑄件；

2）采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件提高了勞動生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，更加具備市場競爭能力；

3）根據(jù)沖壓機(jī)床機(jī)座鑄件的鑄造特點(diǎn)，嚴(yán)格結(jié)合消失模鑄造的特性，充分分析生產(chǎn)過程可能發(fā)生的各個(gè)缺陷，在試驗(yàn)過程中逐一解決，經(jīng)過一個(gè)多月試生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高和改進(jìn)；對消失模鑄造工藝生產(chǎn)大型鑄件又有了新的認(rèn)識和見解。

［1］黃乃瑜，葉升平，樊自由.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版，2004.

［2］崔春芳，鄧宏運(yùn)，趙 琦.消失模鑄造技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.