實(shí)型鑄造工藝在脫水機(jī)底座生產(chǎn)中的應(yīng)用

黃學(xué)榮，趙玉清，王志強(qiáng)

（1.朝陽(yáng)職工工學(xué)院，遼寧 北票 122100；2.北票礦山機(jī)械廠，遼寧 北票 122100）

產(chǎn)品為T L L-1000型脫水機(jī)底座，脫水機(jī)的工作部件、傳動(dòng)裝置均安裝在機(jī)體底座零件上并且工作機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)底座傳到地面，從而消除工作中不良因素對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)造成的沖擊，保證對(duì)工作機(jī)提出的平穩(wěn)性能要求。由工況分析可知，機(jī)體底座零件與安裝地基接觸，承受設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的作用載荷，為使工作機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對(duì)底座零件提出應(yīng)具備一定的緩沖、吸振、強(qiáng)度、剛度、良好的切削加工性等技術(shù)要求。根據(jù)以上分析，在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中選用H T 200材料，零件毛坯采用鑄造后經(jīng)機(jī)械加工達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合機(jī)械加工要求及加工余量確定原則，脫水機(jī)底座總體尺寸確定為1146 mm×1140mm×436 mm，鑄件質(zhì)量為500 kg.為消除鑄造剩余應(yīng)力、減小變形，鑄造后在500℃～580℃對(duì)鑄件進(jìn)行時(shí)效處理。脫水機(jī)底座鑄件見(jiàn)圖1.

1 零件結(jié)構(gòu)特征、加工及技術(shù)要求分析

1.1 零件結(jié)構(gòu)特征

圖1 鑄件三維模型

脫水機(jī)底座零件是中空的殼體，腔壁兩側(cè)有180 mm×100 mm×25 mm長(zhǎng)方形吊裝孔。為提高底座零件的強(qiáng)度、剛度在底座外部結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)出6根壁厚為20 mm、7根壁厚為25 mm的加強(qiáng)筋板，主要壁厚25 mm、最大壁厚35 mm.鑄件最高側(cè)側(cè)面安裝電機(jī)并在其正下方鑄出500 mm×198 mm長(zhǎng)方形通槽用以V帶安裝。其特征屬較復(fù)雜的箱體類薄壁鑄件。

1.2 加工及技術(shù)要求分析

底座上面用來(lái)安裝工作機(jī)、下面安裝在地基上，鑄件最高側(cè)側(cè)面580 mm×430 mm結(jié)構(gòu)處安裝電機(jī)。零件的上、下面及側(cè)面要求進(jìn)行機(jī)械加工，加工余量為上面8 mm、下面及側(cè)面各6 mm，腔壁兩側(cè)180 mm×100 mm×25 mm兩個(gè)長(zhǎng)方形吊裝孔不加工。加工對(duì)象為平面、孔系，其中螺栓孔加工后不允許有任何縮孔、縮松、氣孔、裂紋等缺陷，對(duì)鑄件組織的致密性提出了較高要求。

2 原砂型造型工藝

2.1 造型材料

采用紅松制作整體模型造型。芯型面砂選用20目～40目河砂，型腔背砂選用潮大粒河砂。

2.2 造型工藝

砂型鑄造工藝中，采用紅松材料根據(jù)零件結(jié)構(gòu)制作整體模型，對(duì)于靠近鑄件最高側(cè)腔壁兩側(cè)2根傾斜加強(qiáng)筋則做成活塊結(jié)構(gòu)以便于拔模時(shí)不損壞型腔。脫水機(jī)底座內(nèi)腔結(jié)構(gòu)、腔壁兩側(cè)180 mm×100 mm×25 mm長(zhǎng)方形吊裝孔、鑄件最高側(cè)側(cè)面安裝電機(jī)350 mm×500 mm×10 mm結(jié)構(gòu)及其帶有的80 mm突臺(tái)使用組型芯制作。選取底座上、下面做為分型面，采用三箱造型。在鑄件易產(chǎn)生縮松、氣孔的位置設(shè)置冒口，底座型腔型芯制成空心結(jié)構(gòu)并扎透氣孔烘干后放入型腔，型腔表面均勻刷一層鉛粉烘干，在上型表面、澆口附近等易產(chǎn)生夾砂的地方扎透氣眼，砂型烘干后進(jìn)行澆注。

2.3 鑄件質(zhì)量分析

由于三箱造型，合箱操作難度較大，出現(xiàn)偏芯、錯(cuò)箱、造型中舂砂不均導(dǎo)致砂型局部過(guò)硬或過(guò)松、澆注中排氣不暢等錯(cuò)誤，結(jié)果鑄件生產(chǎn)后存在砂眼、夾砂、裂紋和氣孔等缺陷，經(jīng)機(jī)械加工后，產(chǎn)品合格率僅在75%左右。

3 實(shí)型造型工藝

針對(duì)砂型鑄造缺陷比例較大、產(chǎn)品合格率較低的生產(chǎn)特征，生產(chǎn)技術(shù)小組提出采用實(shí)型鑄造生產(chǎn)工藝方案。

3.1 造型材料

由于鑄件模型結(jié)構(gòu)尺寸較大、壁薄，在造型振動(dòng)中極易產(chǎn)生變形，并且模型留在型腔不取出直接進(jìn)行澆注加大氣孔產(chǎn)生傾向[1]。同時(shí)考慮到鑄件提出的經(jīng)機(jī)械加工后不得出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔和裂紋等缺陷的技術(shù)要求，模型及澆注系統(tǒng)制作材料均選用聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）板材，材料規(guī)格控制在 0.015 g/cm3～0.020 g/cm3，取 17.5 kg/m3，砂型材料選用20目～40目鎂橄欖石砂。

3.2 造型工藝

1）模型制作

底座零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，按照零件結(jié)構(gòu)特征和圖紙?zhí)岢龅募夹g(shù)要求，采用手工加工將材料制成模型的各個(gè)部分，再按零件結(jié)構(gòu)尺寸要求選用聚醋酸乙烯乳液做為黏合劑進(jìn)行粘合。澆注系統(tǒng)也用E P S板材進(jìn)行切割制作。造型前對(duì)模型的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)形狀做最后檢查，然后將已刷好涂料的澆注系統(tǒng)模型、鑄件模型粘結(jié)在一起放入砂箱中埋砂造型。

2）造型關(guān)鍵技術(shù)分析

由于底座模型結(jié)構(gòu)尺寸較大、中空、壁薄，并且E P S板材密度、剛度較小。所以，在造型振動(dòng)中防止變形、塌箱是關(guān)鍵。另外，在實(shí)型鑄造中型砂的流動(dòng)性、充填及緊實(shí)度對(duì)造型質(zhì)量影響重大[2]。因此，本工藝中采用干型砂雨淋式加砂，型砂填充、緊實(shí)同步進(jìn)行。在靠近鑄件最高側(cè)，對(duì)2根傾斜加強(qiáng)筋造成的型砂不易充填、緊實(shí)問(wèn)題，預(yù)先使用自硬砂捂蓋處理。砂箱放在以上下垂直運(yùn)動(dòng)為主的三維振動(dòng)臺(tái)上邊振動(dòng)邊緊實(shí)。

3）涂料

實(shí)型鑄造模型涂料在鑄造工藝中要經(jīng)受以下考驗(yàn)：造型過(guò)程中干型砂的機(jī)械沖刷、澆注中高溫金屬液沖刷及模型氣化燃燒氣體的壓力，因此對(duì)涂料的性能要求較高。工藝中選用實(shí)型專用醇基涂料。考慮到底座模型是結(jié)構(gòu)尺寸較大的中空殼體、模型材料密度、剛度較小在一些受力部位極易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂等因素，工藝上采用人工刷涂3遍，平均厚度控制在1.5 mm～2 mm左右。把模型和澆注系統(tǒng)分開(kāi)刷涂，烘干后再粘合組裝。

3.3 澆注系統(tǒng)

模型泡沫材料遇高溫氣化，在一定程度上會(huì)阻礙金屬液的流動(dòng)，同時(shí)考慮到鑄件較高，為避免因金屬液流向與模型氣化流向相反而產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷，所以在造型設(shè)計(jì)中澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合實(shí)型鑄造要求鐵水進(jìn)入型腔要平穩(wěn)、快速的工藝原則[3]。采用開(kāi)放、階梯式澆注系統(tǒng)，分為2層內(nèi)澆道，選用分型面注人式澆注。澆注系統(tǒng)由1個(gè)澆口杯、1個(gè)直澆道、2個(gè)橫澆道、4個(gè)內(nèi)澆道組成，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2.

模型氣化對(duì)液態(tài)金屬的阻礙及氣化為吸熱過(guò)程會(huì)使金屬液流動(dòng)性變差，在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)上各截面比普通砂型大一些[1]。各組成部分截面形狀及尺寸為：圓柱形直澆道，直徑 50 mm.梯形橫澆道，截面尺寸為 44 mm×30 mm×46 mm，扁平形內(nèi)澆道，截面尺寸為45 mm×41 mm×14 mm.

3.4 澆注工藝

為減少鐵液凝固時(shí)間，以減少鐵液的收縮應(yīng)力，從而減少裂紋傾向，采用低溫快澆的工藝方案[3]，將澆注溫度控制在1310℃～1380℃，澆注時(shí)間控制在30 s～40 s，澆注時(shí)保證直澆道始終處于充滿狀態(tài)。

圖2 鑄件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.5 冒口

針對(duì)鑄件不得有縮孔、縮松和裂紋等鑄造缺陷和在脫水機(jī)底座最高側(cè)側(cè)面 1140mm×430mm結(jié)構(gòu)處為安裝電動(dòng)機(jī)提出的此處壁厚尺寸不得小于35 mm的技術(shù)要求。造型工藝設(shè)計(jì)中，以鑄件最高側(cè)側(cè)面為基準(zhǔn)，在距鑄件模型基準(zhǔn)的17.5 mm×200 mm位置，對(duì)稱設(shè)置2個(gè) 35 mm×20 mm明頂溢流冒口補(bǔ)縮[3]；在模型上表面距鑄件模型基準(zhǔn)的490mm×210mm位置，對(duì)稱設(shè)置2個(gè) 70mm×200mm明頂冒口集中排氣、浮渣，以減少氣孔缺陷的產(chǎn)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用實(shí)型鑄造，消除了砂型鑄造中因分型面造成的錯(cuò)箱可能性，同時(shí)省去制芯、下芯、起模等工序，消除了因偏芯、起模損壞型腔、型芯發(fā)氣和排氣等因素引起鑄件質(zhì)量缺陷的可能性。另外，實(shí)型鑄造的造型材料是干砂并且采用雨淋式加砂在三維振動(dòng)臺(tái)上邊振動(dòng)邊緊實(shí)造型工藝，因此，實(shí)型鑄造生產(chǎn)的鑄件在經(jīng)機(jī)械加工后，出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔和裂紋等鑄造缺陷的比例大大減小，鑄件組織的致密度也達(dá)到了使用中提出的力學(xué)性能指標(biāo)。脫水機(jī)底座采用實(shí)型鑄造工藝生產(chǎn)不但減少了砂型鑄造缺陷的比例，同時(shí)把產(chǎn)品的合格率提高到90%以上。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，脫水機(jī)底座實(shí)型造型工藝設(shè)計(jì)合理，確保了生產(chǎn)質(zhì)量要求。

［1］李增民.消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)［J］.鑄造技術(shù)，2002，23（3）：158.

［2］李增民，白天申，宋國(guó)祥.消失模鑄造干砂振動(dòng)緊實(shí)的生產(chǎn)實(shí)踐［J］.特種鑄造及有色合金，2002（3）：53-54.

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