傳動(dòng)箱體消失模鑄造工藝中的缺陷問(wèn)題

張家駿，趙清禎，郭洪鋼，譚建波

傳動(dòng)箱體消失模鑄造工藝中的缺陷問(wèn)題

張家駿1，趙清禎1，郭洪鋼2，譚建波3

(1.河北瑞歐消失?？萍加邢薰荆颖毙吓_(tái) 054000；2.長(zhǎng)城汽車股份有限公司，河北保定 071000；3.河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

為了解決消失模鑄造傳動(dòng)箱體中鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、上口處容易變形、加工量較小、工藝設(shè)計(jì)及制造難度較大、容易造成廢品等問(wèn)題，從鑄件模型的生產(chǎn)過(guò)程出發(fā)，根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了模型廢品產(chǎn)生的原因，對(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及造型過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)研究，對(duì)鑄造生產(chǎn)過(guò)程中存在的冷隔缺陷、水汽冷隔缺陷、鑄件起包、涂料夾渣、內(nèi)澆口部位夾渣、泥條夾渣、內(nèi)澆口處黏砂、硬木條處黏砂等問(wèn)題提出了具體的解決方案，使傳動(dòng)箱體的成品率穩(wěn)定控制在95%以上，為傳動(dòng)箱體消失模鑄造類似產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了很好的借鑒依據(jù)，對(duì)消失模鑄件的生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值。

鑄造工藝與設(shè)備；消失模鑄造；傳動(dòng)箱體；缺陷；模型

消失模鑄造是一種先進(jìn)的鑄造工藝,生產(chǎn)效率高。由于消失模鑄造特有的工藝特點(diǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)一定要嚴(yán)格控制[1-14]。農(nóng)機(jī)傳動(dòng)箱體最大輪廓尺寸為692 mm×272 mm×312 mm，鑄件凈重為72 kg，主體壁厚為6～38 mm，加工余量為3～4 mm，材質(zhì)HT250，化學(xué)成分如表1所示。

表1 鑄件化學(xué)成分要求

鑄件屬于中型薄壁箱體類鑄件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上口處容易變形，加工量較小，工藝設(shè)計(jì)及制造難度較大，在講究環(huán)環(huán)相扣的消失模鑄造生產(chǎn)中如果某一項(xiàng)做得不好，很容易造成廢品。農(nóng)機(jī)箱體件用于支撐軸承及轉(zhuǎn)軸，盛放齒輪油潤(rùn)滑齒輪，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)功能。因此，鑄造質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)于農(nóng)機(jī)整體設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是十分重要的，要求材質(zhì)致密，不允許有冷隔、夾渣和夾砂等鑄造缺陷，拉伸強(qiáng)度在250 MPa以上。箱體的形狀如圖1所示。

圖1 箱體鑄件模型Fig.1 Box casting model

1 鑄件模型的生產(chǎn)過(guò)程

1.1 模型廢品產(chǎn)生的原因分析及改進(jìn)

起初模型由于入料不實(shí)而報(bào)廢，如圖2所示。

圖2 入料不實(shí)的缺陷Fig.2 Defects in material feeding defect

經(jīng)分析有以下原因造成。

1)模具入料口開(kāi)設(shè)位置不合理，導(dǎo)致珠粒行程過(guò)長(zhǎng)，途中易受阻；

2)采用自動(dòng)料槍入料，充氣壓力不夠；

3)料槍的進(jìn)氣口與入料口之間的角度不合理，導(dǎo)致氣力帶動(dòng)珠粒充料的動(dòng)力不足；

4)珠粒密度過(guò)小，珠粒直徑過(guò)大，填充薄壁處時(shí)無(wú)法完全充實(shí)；

5)模具合模間隙過(guò)小。

基于以上原因進(jìn)行如下改進(jìn)。

1)空壓大小要保證在0.05 MPa以上；

2)修正料槍入料口與進(jìn)氣口之間的角度在15°左右；

3)采用增壓入料桶承裝珠粒，桶中壓力在0.02 MPa左右，以增加入料壓力；

4)減小珠粒尺寸增加珠粒密度到25 kg/m3左右，在此基礎(chǔ)上再做后期調(diào)整；

5)模具合模間距方面在達(dá)到珠粒剛好不會(huì)跑時(shí)最大，現(xiàn)場(chǎng)間距為7 mm。

經(jīng)過(guò)以上調(diào)整后，成功打出白模，并且穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.2 白模的黏接與烘烤

此鑄件的最大壁厚為38 mm，容易烘干，白模烘干房溫度為50～60 ℃，濕度在30%以下。烘干12 h。

采用冷膠黏接分型面，并且用紙膠密封分型面。

1.3 涂料的涂掛和烘干

采用自制涂料，在鑄件白模上黏涂2遍，厚度為1.5 mm左右，再澆道涂刷3遍，厚度為2.5 mm左右。

2 鑄造工藝

2.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 一個(gè)澆口澆兩個(gè)鑄件Fig.3 One gate pouring for two castings

圖4 一箱三件的埋箱過(guò)程Fig.4 Buried box for a box of three pieces

圖5 一個(gè)澆口澆一個(gè)鑄件Fig.5 One gate for one casting

箱外組型，一澆道澆注兩件，為加固支撐，在烘干組型過(guò)程中采用木棍和熱熔膠進(jìn)行黏接固定模型，在完成固定的基礎(chǔ)上盡量減少用膠量以避免黏膠處黏砂。直澆道35 mm×40 mm×420 mm，內(nèi)澆口8 mm×80 mm×140 mm。內(nèi)澆口必須保持8 mm的高度，否則將無(wú)法達(dá)到澆道避渣的效果。內(nèi)澆口開(kāi)設(shè)在鑄件的厚壁處，利于金屬液充型順暢，且采用一個(gè)內(nèi)澆口方便組型。

為了提高砂箱利用率，此鑄件一般一箱澆注三件，一箱兩個(gè)澆口，如圖4所示。故另一種便是一個(gè)澆道對(duì)應(yīng)一個(gè)鑄件的方式。直澆道30 mm×30 mm×420 mm，內(nèi)澆道2×35 mm×6 mm×40 mm，如圖5所示。其中設(shè)計(jì)2個(gè)內(nèi)澆口的原因就是在方便組型的基礎(chǔ)上加強(qiáng)固定。

2.2 造型過(guò)程

該鑄件上沒(méi)有不易填砂的結(jié)構(gòu)，較容易填砂。河砂20～40目(0.084 1～0.42 mm)，1 000 mm×1 000 mm×1 200 mm的砂箱，150 mm的底砂，將底砂上面鋪平后放入模型開(kāi)始填砂，震實(shí)60 s左右。然后將澆口上部的不干膠撕開(kāi)，蓋上塑料薄膜，再加50 mm左右的蓋砂，以防止?jié)沧⑦^(guò)程中濺出的鐵水燒壞塑料薄膜導(dǎo)致真空漏氣，最后在澆口杯上部放上泥條，坐上澆口杯，但要防止泥條延進(jìn)白模中導(dǎo)致澆注沖刷泥條產(chǎn)生缺陷[15]。

3 鑄造缺陷問(wèn)題

3.1 冷隔缺陷

原因：澆注人員技術(shù)不熟練，導(dǎo)致澆注過(guò)程中澆注速度跟不上，在內(nèi)澆口遠(yuǎn)端最后充型的薄壁處出現(xiàn)冷隔缺陷，之后的澆注過(guò)程中保持金屬液以慢—快—慢的節(jié)奏澆注，便再?zèng)]有出現(xiàn)此缺陷[16]，如圖6所示。

圖6 冷隔缺陷Fig.6 Cold insulation defect

3.2 水汽冷隔缺陷

此種缺陷與溫度不夠造成的冷隔類似，但是其面積相對(duì)較大。由于鑄件初期生產(chǎn)時(shí)，對(duì)工藝的每一環(huán)節(jié)掌握不好，在磨合期造成此缺陷。在烘干房濕度、溫度保持正常的基礎(chǔ)上，涂第1遍涂料的烘干時(shí)間由保持原來(lái)的12 h減為5 h，涂第2遍涂料的時(shí)間則由原來(lái)的12 h增加為18 h，保證涂料干透。水汽冷隔缺陷如圖7所示。

圖7 水汽冷隔缺陷Fig.7 Cold water vapor barrier defect

3.3 鑄件起包

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)鑄件的涂料是自配的，涂料中黏結(jié)劑加入比例不對(duì)，導(dǎo)致涂料張力變大，涂料中的氣泡頂不破。修正黏結(jié)劑的添加比例，并且降低涂料的骨料目數(shù)之后此問(wèn)題得到解決。鑄件氣泡類缺陷如圖8所示。

圖8 鑄件起包缺陷Fig.8 Casting package defect

3.4 涂料夾渣

由于鑄件是由上下模合模而成的，黏接面積較大，故采用冷膠黏接，之后再用紙膠帶將合縫部位補(bǔ)黏。

鑄件在黏接過(guò)程中沒(méi)有做好分型面處的處理，合縫不良，導(dǎo)致鑄件在刷涂料的時(shí)候涂料滲進(jìn)縫中，出現(xiàn)夾渣缺陷而報(bào)廢。涂料夾渣缺陷如圖9所示。

圖9 涂料夾渣缺陷Fig.9 Slag drawing of coating defect

3.5 內(nèi)澆口部位夾渣

設(shè)計(jì)上靠近鑄件的內(nèi)澆口高度為8 mm，但是在后期的生產(chǎn)操作中工人們沒(méi)有注意到此尺寸下?lián)踉淖饔?，將?nèi)澆口高度提高到8 mm以上，澆道擋渣作用下降，導(dǎo)致鑄件的內(nèi)澆口部位夾渣缺陷。夾渣缺陷如圖10所示。

圖10 夾渣缺陷Fig.10 Slag defect

3.6 泥條夾渣

造型后澆口杯下部需要用泥條密封防止跑火，經(jīng)過(guò)跟蹤生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，由于泥條使用不當(dāng)，導(dǎo)致泥條出界，澆注過(guò)程中沖進(jìn)型腔中，缺陷的形態(tài)與泥條類似。泥條夾渣缺陷如圖11所示。

圖11 泥條夾渣缺陷Fig.11 Slag inclusion defect

3.7 內(nèi)澆口處黏砂

澆道采用先刷涂料后黏接的方式，在黏接過(guò)程中由于工人操作不熟練，導(dǎo)致內(nèi)澆口與鑄件銜接部位合縫不嚴(yán)，補(bǔ)涂料之后有裂縫，澆注出來(lái)的鑄件經(jīng)常在此處黏砂，很難清理。內(nèi)澆口處黏砂缺陷如圖12所示。

圖12 內(nèi)澆口處黏砂缺陷Fig.12 Sand at the gate defect

圖13 木條黏砂缺陷Fig.13 Wood strip with sand defect

3.8 硬木條處黏砂

此種工藝為實(shí)現(xiàn)一個(gè)澆口出兩件，故需要很多木條將白模黏接固定成模型簇，并且白模上口容易變形，需要木條做拉筋，但是由于涂料的強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致鑄件與硬木條接觸處出現(xiàn)黏砂缺陷。

4 結(jié) 論

本文講述消失模傳動(dòng)箱體工藝流程和缺陷分析，理順了消失模生產(chǎn)傳動(dòng)箱體的過(guò)程以及產(chǎn)品鑄造缺陷產(chǎn)生的原因和解決辦法，為消失模鑄造類似產(chǎn)品提供了很好的依據(jù)，對(duì)消失模鑄件的生產(chǎn)具有較大的參考價(jià)值。

對(duì)于鑄件生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的冷隔缺陷、水汽冷隔缺陷、鑄件起包、涂料夾渣、內(nèi)澆口部位夾渣、泥條夾渣、內(nèi)澆口處黏砂、硬木條處黏砂缺陷的問(wèn)題，進(jìn)行了分析治理，產(chǎn)品質(zhì)量得到了很好的控制，箱體的成品率穩(wěn)定控制在95%以上。

消失模鑄造生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多，工藝工序鏈長(zhǎng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多，而且用到的人工較多，不穩(wěn)定因素較多，所以持續(xù)不斷的用消失模鑄造生產(chǎn)出質(zhì)量合格的產(chǎn)品，工廠還需在技術(shù)、品質(zhì)管控等方面投入更多的精力。只有消失模各個(gè)工序的鏈條堅(jiān)固，生產(chǎn)才能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

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Foundry technology flaws in expendable casting of transmission cases

ZHANG Jiajun1, ZHAO Qingzhen1, GUO Honggang2, TAN Jianbo3

(1. Hebei Rui'ou EPC Technology Company Limited, Xingtai, Hebei 054000, China; 2. Great Wall Motor Company Limited, Baoding, Hebei 071000, China; 3. School of Materials Science and Engineering， Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China)

In order to solve problems in expendable casting of transmission cases, such as complicate casting structure, easy transformation of the upper opening, small processing amount, difficult design and manufacture, likely causing waste and so on, starting from the preparation process of casting model, the reason that model waste appears is analyzed according to casting structure characteristics. The design of the gating system and the modeling process are studied for improvement, and solutions for the problems in casting process, such as cold lap flaw, moisture cold lap flaw, casting swell, coating slag inclusion, flow gate slag inclusion, mud strip slag inclusion, flow gate clogging, hardwood strip clogging and so on, are provided. The actual expendable casting product yield rate is more than 95%. The study provides a reference for the preparation of transmission cases with expendable casting and other products alike, and a reference for evanescent mode casting.

casting process and equipment; expendable casting; transmission cases; flaw; model

1008-1534(2017)04-0306-05

2017-03-01;

2017-03-29；責(zé)任編輯：陳書(shū)欣

張家駿(1990—)，男， 河北邢臺(tái)人，助理工程師，主要從事消失模鑄造工藝方面的研究。

譚建波教授。E-mail:tanjian1998@163.com

TG249

A

10.7535/hbgykj.2017yx04013

張家駿，趙清禎，郭洪鋼，等.傳動(dòng)箱體消失模鑄造工藝中的缺陷問(wèn)題[J].河北工業(yè)科技,2017,34(4):306-310. ZHANG Jiajun, ZHAO Qingzhen, GUO Honggang,et al.Foundry technology flaws in expendable casting of transmission cases[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2017,34(4):306-310.