平衡塊熔模鑄造后期清理工藝及設(shè)備

柯美元，成偉華，陳學(xué)鋒（順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528333）

平衡塊熔模鑄造后期清理工藝及設(shè)備

柯美元，成偉華，陳學(xué)鋒
（順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528333）

平衡塊熔模鑄造后的清理工藝主要包括振殼、吊拋、切割、研磨澆口、泡酸、拋丸清砂、熱處理等工藝流程，并備以合適的工藝設(shè)備，清理出了合格的鑄件產(chǎn)品。通過對(duì)傳統(tǒng)熱處理工藝的改進(jìn)，解決了產(chǎn)品表面浮磁的問題。通過清理工藝，鑄件產(chǎn)品的合格率達(dá)到了98%以上。

熔模鑄造；清理工藝；泡酸；熱處理

如圖1所示平衡塊是壓縮機(jī)上的重要零部件，主要用于消除電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)力的不平衡。該零件屬于深孔薄壁件，尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高，并且要求無磁。目前一般以高錳鋼為材質(zhì)，采用熔模鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

熔模鑄造是一種近凈形成形工藝，特別適合鑄造尺寸精度高、表面粗糙度低、形狀復(fù)雜和壁厚較薄的鑄件和整體鑄件。其精度和粗糙度可分別達(dá)到CT4～CT6級(jí)和Ra0.8～1.6 μm。鑄件最小壁厚可達(dá)0.5 mm，最小孔徑可達(dá)1.0 mm[1-4]。

平衡塊在型殼澆注并冷卻后，熔模鑄件需要經(jīng)過清理，才能得到最終的鑄件產(chǎn)品。熔模鑄件的清理工藝具有工序多、周期長、影響質(zhì)量的因素多的特點(diǎn)，因此，必須對(duì)清理過程的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)和工藝因素進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，才能獲得較高的產(chǎn)品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)效率。

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和熔模鑄造工藝，平衡塊的主要清理工藝流程為：振殼—吊拋—切割—研磨澆口—泡酸—拋丸清砂—熱處理。

1 振殼

以硅溶膠作為粘接劑的型殼殘留強(qiáng)度較大，清殼比較困難，需要經(jīng)過機(jī)械清殼才能除去鑄件表面的大部分型殼。本工藝采用如圖2所示的氣動(dòng)振殼機(jī)來對(duì)鑄件進(jìn)行初次清殼。氣動(dòng)振殼機(jī)對(duì)整棵鑄件組樹進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，使型殼得以從鑄件上剝落，沖擊頻率越高，沖擊功越大，則清理的效果就越好。這種清殼方法具有設(shè)備簡單，生產(chǎn)率高的特點(diǎn)，是目前我國精密鑄造行業(yè)采用最多的初次清殼手段。

圖2 氣動(dòng)振殼機(jī)

振殼工藝要求對(duì)組樹后的型殼清除干凈，打殼時(shí)模殼溫度以手感不燙為上限。氣動(dòng)振殼的主要工藝要求為：

1）氣壓為5～8 kg/cm2。

2）振殼前選擇適當(dāng)?shù)哪景寤驈U布作為保護(hù)墊板,以免損傷工件。

3）振殼時(shí)間為10～20 s，而且錘頭打擊點(diǎn)應(yīng)選擇在不使工件產(chǎn)生變形,不使工件受直接沖擊力的地方。應(yīng)選擇多點(diǎn)打殼，盡量使模頭除殼干凈。打殼時(shí)嚴(yán)禁用手去扶摸頭，以免造成工傷事故。

圖3 懸掛雙吊鉤拋丸機(jī)

圖4 拋丸后的鑄件

2 吊拋

機(jī)械振殼雖然能夠去除大部分的型殼，但鑄件上的小孔、盲孔、窄槽等處的型殼不易清除。對(duì)于殘留的型殼或鑄件上的銹皮可以采用拋丸來處理。采用如圖3所示的懸掛雙吊鉤拋丸機(jī)進(jìn)行拋丸，效果較好。其主要工藝要求為：

1）向拋丸機(jī)中加入20 kg的φ0.8 mm合金鋼丸。

2）將鑄件有條理地吊掛在專用鐵架上，然后用吊鉤把鐵架安穩(wěn)地送入到拋丸機(jī)內(nèi)。

3）拋丸時(shí)間為30 min。

拋丸完成的鑄件效果如圖4所示。

3 切割

切割是將單個(gè)鑄件從組樹上切割下來，實(shí)現(xiàn)鑄件與組樹的分離?？刹捎猛ㄓ檬謩?dòng)砂輪切割機(jī)來進(jìn)行切割。切割時(shí)，右手緊握澆口杯，左手緊握操作桿，對(duì)準(zhǔn)下刀部位開始用力，由輕到重，要求做到“眼準(zhǔn)、手穩(wěn)、用力協(xié)調(diào)”，在保證不切傷鑄件的情況下盡量把澆口切得更短，以減少后面研磨澆口的工作量。

4 研磨澆口

鑄件從組樹上切割下來后需要研磨鑄件上的澆口。一般采用如圖5所示的雙頭砂帶研磨機(jī)進(jìn)行研磨。研磨機(jī)的砂帶為40#砂帶。利用專用夾具裝好鑄件，根據(jù)澆口位置及鑄件特點(diǎn)，手持夾具對(duì)準(zhǔn)砂帶適當(dāng)用力并平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)鑄件，將澆口磨圓順、磨平以達(dá)到工藝要求。研磨時(shí)，不能磨傷鑄件，研磨后，鑄件不能有澆口痕跡。

5 泡酸

對(duì)于鑄件上一些深孔、窄槽內(nèi)殘留的型殼，通過振殼、吊拋等物理方法無法清除的，需要通過泡酸的方法來處理。

圖5 雙砂帶研磨機(jī)

圖6 滾筒履帶式拋丸機(jī)

泡酸是通過化學(xué)的方法，使酸液與型殼中的SiO2發(fā)生反應(yīng)，破壞砂粒之間的粘結(jié)，以達(dá)到清除局部型殼的目的。將鑄件放置在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的HF酸中，室溫下浸泡10～15 s，使酸液與殘留型殼發(fā)生如式（1）所示的化學(xué)反應(yīng)而達(dá)到清砂目的。泡酸后要用清水沖洗至中性，最后再用熱水清洗一次。

6 拋丸清砂

泡酸后，還需要經(jīng)過一次拋丸處理來將泡松軟的砂徹底清除掉。可采用如圖6所示的滾筒履帶式拋丸機(jī)來清砂。拋丸鋼丸直徑為φ0.5 mm，拋丸時(shí)間為30 min。若未清除干凈，則需要重復(fù)作業(yè)，直到鑄件表面干凈為止。

7 熱處理

熔模鑄件經(jīng)過清理工藝之后，要想在室溫下保持穩(wěn)定的奧氏體組織，還需要進(jìn)行熱處理，從而達(dá)到去磁的目的。以前，一般是將高錳鋼加熱到950℃以上保溫固溶，然后直接水淬，從而將高溫下的奧氏體組織保持到室溫[5-6]，也就是我們通常所說的“水韌處理工藝”。但是，該零件采用常規(guī)的熱處理后會(huì)在表面形成一層氧化皮。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般都是采用拋丸工藝，來進(jìn)行去除氧化皮的處理。在進(jìn)行拋丸處理時(shí)，由于高速鋼丸猛烈撞擊鑄件的表面，這樣就會(huì)在鑄件表層形成形變馬氏體，從而使表面磁性增加，達(dá)不到無磁要求。

為了解決磁性不達(dá)標(biāo)的問題，我們對(duì)傳統(tǒng)“水韌處理工藝”進(jìn)行了改進(jìn)。首先，將網(wǎng)帶式熱處理爐分為前后兩段，前段為加熱段，后段為冷卻段。熱處理時(shí)，將分解氨氣氛通入到網(wǎng)帶爐中，使鑄件在加熱和冷卻的過程中都受到還原性氣氛的保護(hù)。其次，在冷卻段布置冷卻水道對(duì)爐體進(jìn)行冷卻，鑄件不與冷卻水直接接觸。這樣，鑄件熱處理完之后還是光亮的表面而不會(huì)不發(fā)生氧化。通過對(duì)熱處理工藝的改進(jìn)，不僅節(jié)省了一道拋丸工序，還避免了在產(chǎn)品表面產(chǎn)生氧化皮，產(chǎn)品熱處理后可直接送檢包裝。改進(jìn)后的熱處理工藝曲線如圖3所示。為了提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)中，常采用盡可能快的加熱和冷卻速度。雖然高錳鋼的傳熱性不好，但由于鑄件比較細(xì)小，快速加熱和冷卻時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

圖3 熱處理工藝

8 結(jié)語

通過實(shí)踐證明，平衡塊的熔模鑄件清理工藝科學(xué)合理，選取的生產(chǎn)設(shè)備高效實(shí)惠，既提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，又提高了產(chǎn)品質(zhì)量與合格率。平衡塊清理工藝的產(chǎn)品合格率達(dá)到了98%以上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 孫敏.熔模鑄造[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2009：1-3.

[2] 呂志剛. 我國熔模精密鑄造的歷史回顧與發(fā)展展望[J]. 鑄造，2012，(4)：347-356.

[3] 柯美元，陳學(xué)鋒. 高錳鋼平衡塊的熔模鑄造工藝[J]. 熱加工工藝，2015，11(44)：107-109.

[4] 郭敖如. 我國熔模精密鑄造技術(shù)的進(jìn)展[J]. 鑄造設(shè)備研究，1999，5：47-51.

[5] 王仲玨，孫萍．高錳鋼水韌處理效果控制[J]. 熱處理，2006，1(26)：59-61.

[6] 韓東林．高錳鋼鑄態(tài)水韌處理的實(shí)際應(yīng)用[J]. 熱加工工藝，1999,5：63.

[7] 陸夢禹,何曉宗.防止熔模鑄造閥體產(chǎn)生鑄造缺陷的實(shí)踐[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2006(1).

[8] 袁軍平, 王昶, 馬春宇, 陳紹興.首飾石膏型熔模鑄造工藝概述[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2011(3).

Cleaning process and equipment in investments casting for counter balance

KE MeiYuan, CHENG WeiHua,CHEN XueFeng
(Shunde Polytechnic, Foshan 528333, Guangdong,China)

Cleaning process after investment casting mainly included∶ shell vibration, hanging cast, cutting, gate grinding, foam acid, shot blasting, heat intreatment and so on. With proper equipments, it produced qualif i ed products. With the improvement of additional heat treatment, the problem of fl oating magnetism in product surface was resolved. Products pass-rate was over 98% in cleaning process.

investment casting; cleaning process; foam acid; heat treatment

TG249.5；

A；

1 006-9 658（201 6）06-0048-03

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.06.01 5

佛山市科技專項(xiàng)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2013AG100063);廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(S2012010010199)

2016-04-27

稿件編號(hào):1604-1355

柯美元(1973—），男，碩士,主要研究方向:金屬材料成形工藝.