小孔加工中鑄造缺陷的處理

王建英

(許昌煙草機械有限責任公司，河南 許昌 461000)

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小孔加工中鑄造缺陷的處理

王建英

(許昌煙草機械有限責任公司，河南 許昌 461000)

鑄造箱體和機座類零件結(jié)構(gòu)復雜，質(zhì)量和體積較大，精度要求高；鑄件的不均勻性增大，局部變薄、增厚的現(xiàn)象比較普遍；受單件、小批量生產(chǎn)模式的限制，鑄造缺陷發(fā)生頻率較高。由于缺少高靈敏度的X光探傷設(shè)備，鑄件粗加工去除余量有限，致使精加工中經(jīng)常遇到小孔內(nèi)有氣孔、夾砂和裂紋等鑄造缺陷，給產(chǎn)品質(zhì)量控制帶來很大威脅，同時影響生產(chǎn)進度。由于鑄件生產(chǎn)和機械加工中的前期投入較大，零件報廢勢必會導致生產(chǎn)成本急劇增加，因此，如何及時采取正確的挽救措施，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、保證生產(chǎn)進度和降低成本有重要的意義，也是從事機械精加工的技術(shù)人員必須認真面對的基礎(chǔ)工作。

精加工；小孔；鑄造缺陷；補救措施

1 鑄造缺陷及其對零件加工的影響

鑄造缺陷是指在鑄件的生產(chǎn)過程中，因受零件結(jié)構(gòu)、材料、型砂類型、合箱方式、澆注方式和環(huán)境等方面的影響，在鑄件內(nèi)部和表面形成的氣孔、夾渣、夾砂、裂紋、變形、收縮和錯箱等影響鑄件內(nèi)在質(zhì)量及外觀質(zhì)量的現(xiàn)象。

目前，對于在毛坯和粗加工階段產(chǎn)生的鑄造缺陷，相對來說處理比較簡單，主要是對缺陷部位進行破除、清理，然后根據(jù)不同的鑄件材料和缺陷部位選擇合適的方式進行焊補，必要時輔以適當?shù)臒崽幚砉ば騺硐龖?、降低焊縫硬度以及修正鑄件變形[1]；而流入精加工工序的鑄造缺陷的處理難度會明顯加大。由于鑄件缺陷的不確定性，焊補過程的大量熱量極易引起已加工部位產(chǎn)生變形，尤其是小孔加工基本上處于零件精加工的最后道序，此時零件外形及主要部位已經(jīng)定型，越到后面工序，補救返修的難度越大。

小孔加工中出現(xiàn)的鑄造缺陷，以氣孔和夾渣居多，需要采取補救措施的情況主要有2個方面：1)鑄造缺陷與螺紋孔互相貫穿或產(chǎn)生干涉，影響螺紋質(zhì)量或正常加工；2)鑄造缺陷與通孔和較小的公差孔互相貫穿或產(chǎn)生干涉，影響相關(guān)孔的正確加工以及尺寸和幾何公差。

下述將以灰口鑄鐵和鑄造鋁合金為例，對上述缺陷形式分別進行分析并介紹相應的補救措施。

2 不同缺陷形式的補救措施

2.1 鑄造缺陷與螺紋孔貫穿導致孔不能正確加工

該類情況出現(xiàn)時，零件已處于加工的最后階段，其中相當一部分缺陷要等到鉗工攻螺紋時才能發(fā)現(xiàn)。此時零件已經(jīng)成型，關(guān)鍵部位已加工完畢，加上螺紋孔幾何尺寸偏小，周圍相關(guān)孔系較多，采取的補救措施既要保證處理后零件的內(nèi)在質(zhì)量，又不能影響周圍已加工部位的精度，還要兼顧外觀質(zhì)量，因而難度較大。在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，筆者將該類缺陷歸納整理為如下3種情形：1)缺陷較小，攻螺紋后僅使少量螺紋牙扣受損；2)缺陷較小，但是沿螺紋孔軸向分布較深，螺紋受損牙數(shù)較多，同時，由于零件組織不均勻，鉆孔過程中影響螺紋孔的垂直度以及螺紋底孔的圓度；3)缺陷較大，沿螺紋底孔孔徑方向貫穿較多，或者氣孔位置已超過螺紋孔的周圍區(qū)域，甚至完全鉆不上。針對上述3種情況，具體的處理措施如下。

1)針對第1種情況，通常采用工業(yè)修補劑填補的方式進行處理。具體處理步驟如下：首先對缺陷部位進行清理，剔除不規(guī)則部分；清洗后用可賽新系列修補劑進行填補，填補過程中使用小鑷子等工具不斷壓實，用螺栓擰進2～3次以后保持1～2 h，等修補劑初始固化后再將螺栓擰出，檢查螺紋狀況，必要時可重復上述步驟進行小范圍的補填；待修補劑完全固化后由鉗工實施順絲操作，清理孔內(nèi)雜質(zhì)。這種補救方式比較簡單，螺紋質(zhì)量較好，適用于普通內(nèi)螺紋、PG螺紋以及非密封用管螺紋的修補。

2)針對第2種情況，此時螺紋底孔不圓，需要對螺紋底孔返修，根據(jù)缺陷的不同狀況，分別使用立銑刀、鏜刀等工具擴大螺紋底孔孔徑，并根據(jù)需要變換刀具直徑，直至底孔修圓并適當圓整；根據(jù)擴孔情況，分別選用安裝普通型有折斷槽鋼絲螺套(GJB 119.1A—2001)或自攻螺套(Q/XYJ·J03—2006)進行補救。采用這2種處理方式均可以使用標準件(相關(guān)尺寸見表1)，實施容易，而且處理后的螺紋強度好，節(jié)省時間，工作效率高。具體實施方法見表2。

表1 修復螺紋孔內(nèi)鑄件缺陷鉆孔尺寸表 (mm)

表2 實施方法

3)針對第3種情況，筆者參照自攻螺套的樣式自制螺塞(選用和自攻螺套材料相同的45鋼)進行修復。為了簡化流程，節(jié)省修復時間，可根據(jù)外螺紋的不同規(guī)格制成螺塞半成品備用，中間的螺紋暫時不加工，使用時根據(jù)缺陷情況確定合適的外螺紋規(guī)格后，再加工圖樣標注的螺紋。對于鑄造鋁合金類零件可作自攻螺套使用，而鑄鐵件可在零件本體上加工同螺塞相配的內(nèi)螺紋，清洗孔內(nèi)油漬和切屑，然后在自制螺塞上均勻涂抹螺紋緊固膠，迅速將螺塞擰入零件本體，固化以后便完成修復工作。

2.2 鑄造缺陷與通孔和小公差孔貫穿導致孔不能正確加工

該種情況和螺紋孔內(nèi)缺陷情況類似，自制螺塞的方式也可參照用于公差孔內(nèi)缺陷的修復，不同的是通孔多為緊固螺栓用的孔，小公差孔多作定位孔使用，它們在強度方面有更高的要求，此時需要對零件缺陷部位清理后進行焊補加工。然而，由于焊補方式中熱變形、冷硬現(xiàn)象給零件內(nèi)在質(zhì)量和后續(xù)加工帶來許多不確定性，有時會引起已加工部位變形導致零件報廢[2]。針對上述情況，筆者在認真參照有關(guān)資料的基礎(chǔ)上通過深入分析、論證，做了許多比對試驗，決定將焊補方式和鑲套方式進行有機結(jié)合，選用鑲套配焊法返修孔內(nèi)鑄造缺陷。

所謂鑲套配焊法，就是將存在缺陷的孔位按正確位置進行適當擴孔，直到缺陷全部去除為止；然后對已擴底孔進行鏜、鉸精加工，滿足幾何公差要求，鑲?cè)攵ㄖ频膱A柱銷，根據(jù)零件不同情況在孔口實施焊補的缺陷處理方式。采用這種方式，使缺陷部位焊補量明顯減少，有效地控制了零件溫升以及熱變形，保證零件強度能夠滿足使用要求。鑲套配焊法的具體操作步驟如下。

1)材料選擇和半成品制作。考慮焊接性能、可加工性及零件的外觀要求，在制作半成品套時一般選擇和零件本體一致的材料。為了節(jié)省時間，提高工作效率，做到廢物利用，應提前選擇合適大小的鑄件冒口、澆口以及做拉伸試驗的試件作為制作套的坯料，對個別尺寸較大的會提前準備鑄造棒料。制作半成品坯料的工藝路線如下：備料→熱處理(同鑄件一致)→鉗工修整、清理→粗車外圓及兩端面。根據(jù)經(jīng)驗，坯料一般做成φ15×100、φ20×100、φ25×100和φ30 mm×100 mm等4種規(guī)格備用。

2)孔的修復。先用兩牙立銑刀在缺陷底孔的正確位置上進行擴孔，根據(jù)缺陷情況不斷調(diào)整刀具大小，直到氣孔、夾渣等缺陷全部去除；修圓后對底孔進行精加工，鏜出合適大小的公差孔并測量其實際大小，以便確定套的外圓和公差，孔徑經(jīng)圓整后應比圖樣標注尺寸大6～8 mm，以確保修復后套的壁厚>3 mm，符合強度要求(注意滿足修復后零件強度要求，孔口需要倒3 mm×45°倒角或銑出臺肩)。

3)確定鑲套配焊形式。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)及修復后孔的狀況，選擇合適的鑲套配焊方式。焊縫型式一般包括環(huán)形焊縫、整體式焊縫、臺肩式焊縫、騎馬釘式焊縫和邊緣平行焊縫等。

4)套的制作。根據(jù)選定的配焊形式確定套的尺寸和端面形狀，根據(jù)已加工孔的大小選用合適的坯料規(guī)格進行后續(xù)加工，其工藝路線如下：車外圓(一般要求留有0.03～0.05 mm的過盈量)→車總長→一端倒角2 mm×30°，另一端倒角3 mm×45°→或一端倒角2 mm×30°，另一端保持尖角。

5)鑲套修復。將加工好的套用液氮冷卻法鑲?cè)肓慵倔w(注意套的3 mm×45°倒角一端或保持尖角一端應位于零件表面，組合后形成合適的凹檔)；然后再進行焊補→修平→按圖加工等步驟完成修復。鑲套配焊法應用范圍及優(yōu)缺點見表2。

表2 鑲套配焊法應用范圍及優(yōu)缺點對照表

根據(jù)表2列出的一系列缺陷的處理規(guī)范可以看出，鑲套配焊法結(jié)構(gòu)簡單，底孔和套容易加工，便于獲得合適的配合過盈量，將鑲套和焊補方式的優(yōu)點整合，彌補了各自的缺點，返修后零件的強度要求和外觀質(zhì)量較好。工作中筆者不斷總結(jié)經(jīng)驗，形成了缺陷處理的標準化程序，提高了工作效率和工作質(zhì)量，使用效果較為明顯。焊后在鑲套位置上鉆孔比較容易，不會產(chǎn)生新的缺陷和尺寸超差，返修后零件外觀與本體基本無差別。當然，個別零件由于受尺寸空間限制，應以擴出的孔適合后續(xù)加工為宜，保留部分缺陷，焊補后用可賽新金屬修補劑進行填充，修平即可。

3 結(jié)語

眾所周知，鑄造缺陷的情況十分復雜，尤其是小孔加工中更是如此，新問題會層出不窮。本文列舉的缺陷處理方式不可能解決所有問題，同時，隨著新技術(shù)、新材料的不斷應用，還會有更好的缺陷處理方式，這就需要我們在工作實踐中加強學習，不斷嘗試對比，總結(jié)經(jīng)驗，以使鑄造缺陷的處理質(zhì)量和生產(chǎn)進度有更大的提高，更好地服務于生產(chǎn)。

[1] 羅輝.實用產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)濟分析[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,1993.

[2] 高忠民.氣焊工基本技能[M]. 北京：金盾出版社,2010.

責任編輯 鄭練

The Treatment of Casting Defects in Machining the Small Hole

WANG Jianying

(Xuchang Tobacco Machinery Co., Ltd., Xuchang 461000, China)

Like parts of the casting casing and the housing, their structures are complex, their weight is heavier, their volume is larger, and their precision is required very high as well. It is common that when the casting non-uniformity is enlarged, the phenomena is local thinned and local thickened. The casting defect high frequently occurs by the limitation of the single piece and small batch production mode. Because of the lack of high sensitivity X ray flaw detector and the limitation of removing the allowance for the casting rough machining, it often meets the casting defects like the air holes, the scab defects, the cracks and so on during the fine machining. It brings a great deal of threat for the product quality control. In the meantime, it affects the production progress. Since put into a big deal previously for the casting production and mechanical processing, the scraps of the parts will inevitably lead to sharply increasing the production cost. Therefore, how to take the correct remedial measures in time can guarantee the production progress and reduce the cost, and it has an important significance to improve the product quality. Also, the technical personnel who engage in the mechanical fine machining must conscientiously face this basic work.

fine machining, small hole, casting defects, remedial measures

TH 134

A

王建英(1972-)，男，工程師，主要從事機械加工工藝等方面的研究。

2016-05-13