變速器殼體消失模鑄件夾雜缺陷分析及控制

侯俊波

（陜西法士特鑄造分公司，陜西寶雞722409）

變速器殼體消失模鑄件夾雜缺陷分析及控制

侯俊波

（陜西法士特鑄造分公司，陜西寶雞722409）

分析了變速器殼體消失模鑄件夾雜缺陷特征和形成原理，通過(guò)改變澆注溫度、澆注負(fù)壓值、提高涂料透氣性、采用自動(dòng)粘接機(jī)組模工藝等措施，并結(jié)合自身生產(chǎn)實(shí)際提出了降低夾雜缺陷的有效途徑。

消失模鑄造；夾雜缺陷；透氣性；自動(dòng)粘接機(jī)

消失模鑄造具體工藝流程如圖1所示。

消失模鑄造鑄件比傳統(tǒng)砂型鑄件表面光潔度、尺寸精度以及內(nèi)部質(zhì)量好，沒(méi)有一般砂型鑄造中經(jīng)常產(chǎn)生的掉砂、錯(cuò)箱以及偏芯等缺陷。但由于金屬液凝固伴隨著泡沫塑料模樣氣化、分解，也會(huì)使鑄件出現(xiàn)一些鑄造缺陷，如粘砂、皺皮、夾雜、塌陷等。本文以變速器殼體為例，介紹消失模鑄件夾雜缺陷形成及控制。

1　鑄件夾雜缺陷分析

公司生產(chǎn)12檔變速器殼體，鑄件結(jié)構(gòu)如圖2.材質(zhì)為HT200，重量約110 kg，輪廓尺寸600 mm× 550 mm×350 mm，鑄件壁厚8 mm，采用底注澆注系統(tǒng)（如圖3）.

鑄件夾雜缺陷主要集中在鑄件中上部位，隔板和外壁交界處，如圖4所示。由于缺陷處存在夾雜物，在拋丸過(guò)程中鑄件表面雜物被鋼丸打掉，使該處呈現(xiàn)不規(guī)則凹坑如圖5.經(jīng)過(guò)對(duì)夾雜缺陷斷面進(jìn)行電鏡掃描，夾雜物成分主要為Si、C、O.初步研究認(rèn)為，夾雜物為模型分型面進(jìn)入涂料。

圖1　消失模鑄造工藝流程圖

圖2　鑄件結(jié)構(gòu)

圖3　澆注系統(tǒng)

圖4　夾雜缺陷位置

圖5　拋丸后夾雜缺陷

分析夾雜缺陷產(chǎn)生機(jī)理認(rèn)為，鑄件澆注過(guò)程中，聚苯乙烯泡沫分解氣化需要吸熱，由于采用底注澆注系統(tǒng)方式，隨著澆注過(guò)程的進(jìn)行，鐵水前沿溫度降低，本身黏度也加大，充型速度降低，到達(dá)隔板處，由于結(jié)構(gòu)原因鐵水流動(dòng)性較差，鐵水中雜質(zhì)（涂料）和鐵水包裹在一起聚集在此處，而形成夾雜。

分析其影響因素包括：1）澆注溫度以及充型時(shí)鐵水前沿溫度；2）澆注時(shí)負(fù)壓值以及鐵水充型速度；3）涂料透氣性以及鐵水充型速度；4）組模工藝，模型合模縫浸涂過(guò)程中涂料進(jìn)入。

2　控制措施

針對(duì)鑄件夾雜產(chǎn)生機(jī)理，根據(jù)其影響因素，主要采取以下措施進(jìn)行控制。

2.1提高澆注溫度

公司工藝規(guī)定12檔類重型變速器殼體澆注溫度1 500℃～1 440℃，通過(guò)提高鐵水出爐溫度，將澆注溫度控制在1 530℃～1 470℃進(jìn)行對(duì)比試制，具體結(jié)果見(jiàn)表1.

表1　提高澆注溫度試制結(jié)果

從表1數(shù)據(jù)可以看出，提高澆注溫度鑄件夾雜缺陷有一定減少，由原2.5%降到1.5%，但是澆注溫度提高導(dǎo)致鑄件滲鐵缺陷相應(yīng)提高，由原來(lái)0.57%到1.5%.因此澆注溫度對(duì)鑄件夾雜缺陷有一定作用，但不是主要因素。

2.2改變負(fù)壓值

目前公司生產(chǎn)有造型線一期、造型線二期。造型線一期砂箱尺寸為1.3mm×1mm×1mm，每箱裝3件模型。造型線二期砂箱尺寸為0.8mm×0.8mm×1mm，每箱裝1件模型。工藝要求負(fù)壓值為-0.03 MPa～-0.07 MPa，但由于造型二期每箱1件，泄壓點(diǎn)少，實(shí)際負(fù)壓值-0.45 MPa～-0.07 MPa.二期夾雜情況見(jiàn)表2.

表2　改變負(fù)壓值試制結(jié)果

從表2可以看出，負(fù)壓值影響澆注過(guò)程中充型速度，但是對(duì)鑄件夾雜缺陷影響不大。

2.3改變涂料透氣性

消失模涂料性能指標(biāo)有：強(qiáng)度、透氣性、耐火度、滴淌性、懸浮性等。但主要工作性能指標(biāo)為強(qiáng)度和透氣性。強(qiáng)度主要防止模型運(yùn)輸、振實(shí)中破壞或者變形，而透氣性決定澆注過(guò)程中熱分解產(chǎn)物排出問(wèn)題。

目前公司灰鑄鐵涂料采用自制水基涂料，涂料耐火骨料主要有石英粉、鋁礬土，黏結(jié)劑有膨潤(rùn)土、硅溶膠、淀粉。工藝流程為浸涂?jī)杀榘耄ǖ谌橹唤磕Ｐ透邷貐^(qū)域）、補(bǔ)涂一遍。采用ZTY智能透氣性測(cè)定儀進(jìn)行檢測(cè)。先在100目鋼絲網(wǎng)片（φ50 mm× 500 mm）涂敷涂料（如圖6），使用干燥箱干燥（如圖7）后，將網(wǎng)片裝在樣筒上，通入設(shè)定氣壓，用透氣性測(cè)定儀（如圖8）測(cè)定涂層的透氣性。

現(xiàn)公司工藝要求只對(duì)二遍涂料透氣性進(jìn)行檢測(cè)，要求80～100，通過(guò)調(diào)節(jié)涂料耐火骨料的目數(shù)，改變二遍涂料透氣性，別的工藝參數(shù)不變情況下，進(jìn)行試制。試制結(jié)果表3.

從表3試制結(jié)果可以看出，隨著涂料透氣性的提高，鑄件夾雜有所降低，到110～130時(shí)夾雜廢品率最低（1.46%）.當(dāng)透氣性為100～120和110～130時(shí)，夾雜廢品率基本一致，但110～130時(shí)冷隔缺陷廢品較高（1.86%）.通過(guò)提高涂料透氣性，在一定程度能夠降低夾雜缺陷，但透氣性不能不斷提高，由于涂層保溫性能降低，導(dǎo)致鑄件冷隔缺陷上升。選擇合適的透氣性非常重要，修改工藝規(guī)定，將透氣性提高到100～120.

圖6　鋼絲網(wǎng)片

圖7　電熱鼓風(fēng)干燥箱

圖8　智能透氣性測(cè)定儀

表3　涂料透氣性對(duì)夾雜缺陷影響

2.4采用自動(dòng)粘接機(jī)

公司原采用常溫膠手工組模，使用單面紙膠帶對(duì)分型面進(jìn)行密封。近年購(gòu)進(jìn)自動(dòng)粘接機(jī)3臺(tái)主要用于消失模鋁合金生產(chǎn)。為進(jìn)一步判斷組模方式對(duì)鑄件夾雜缺陷影響，專門制作12檔灰鑄鐵自動(dòng)粘接機(jī)模具，進(jìn)行試制。

自動(dòng)粘接機(jī)采用熱熔膠粘接。由框架結(jié)構(gòu)、上工作臺(tái)及模具上模、下工作臺(tái)及模具下模、熱熔膠池、粘膠板及其升降機(jī)構(gòu)五大部分構(gòu)成，采用恒溫加熱系統(tǒng)，將導(dǎo)熱油加熱，通入膠池夾層，加熱并熔化熱熔膠。主要生產(chǎn)流程：首先將兩片白模放入模具，氣缸推動(dòng)下模上升，上模移動(dòng)到膠池上方；粘膠板升起，將其上表面的熱熔膠沾到上模白模的合?？p面上；上模移出，上下模合模；停頓30 s模型合?？p粘接緊實(shí)，下模下降，將粘接好模型取出。

通過(guò)手工組模和自動(dòng)粘接機(jī)組模，進(jìn)行對(duì)比試制，具體結(jié)果見(jiàn)表4.

表4　自動(dòng)粘接機(jī)組模對(duì)夾雜缺陷影響

從表4試制結(jié)果可以看出，自動(dòng)粘接機(jī)組模，夾雜缺陷明顯減少，由原來(lái)1.62%降低到0.52%.

2.5控制效果

針對(duì)鑄件夾雜缺陷產(chǎn)生的原因，發(fā)現(xiàn)提高涂料透氣性和采用自動(dòng)粘接機(jī)組模，在降低鑄件夾雜廢品率上取得了顯著效果。如圖9所示為2015年鑄件夾雜廢品率占鑄件總數(shù)比率。從圖中曲線分布可以看出，采取合理有效解決措施，鑄件夾雜缺陷能取得良好的控制效果。

圖92015　年夾雜缺陷廢品率曲線圖

3　結(jié)論

1）提高澆注溫度，能夠降低鑄件夾雜缺陷，但是鑄件滲鐵缺陷會(huì)相應(yīng)提升；

2）合理提高涂料透氣性，可以提高澆注充型速度，將夾雜物沖散，有效降低鑄件夾雜缺陷；

3）控制模型分型面涂料進(jìn)入，可以使鑄件夾雜缺陷明顯減少，目前最好工藝方式是采用自動(dòng)粘接機(jī)組模。

［1］黃乃瑜．中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典，第五卷［M］．南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［2］黃天佑，黃乃瑜，呂志剛．消失模鑄造技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］肖曉峰，葉升平，吳志超．變速箱消失模發(fā)泡模具設(shè)計(jì)與制造［J］．特種鑄造，2005，25（8）：492-493.

TG249.6 TG245

A

1674-6694（2016）04-0049-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.04.018

2016-04-26

侯俊波（1984-），男，陜西藍(lán)田人，從事消失模鑄造現(xiàn)場(chǎng)工藝控制工作。