853殼體澆注系統(tǒng)的設計及后續(xù)改進

郭躍廣（龍工鑄鍛有限公司，福建龍巖364000）

·消失模與V法鑄造·

853殼體澆注系統(tǒng)的設計及后續(xù)改進

郭躍廣
（龍工鑄鍛有限公司，福建龍巖364000）

為設計裝載機變矩器殼體適用的澆注系統(tǒng)，預先考慮設置澆注系統(tǒng)因素。通過對鑄件結構及多種澆注位置利弊分析，選取最有利澆注位置并設置出含直澆道、橫澆道和內(nèi)澆口的澆注系統(tǒng)，滿足了鑄造工藝要求。在后續(xù)生產(chǎn)過程中，對澆道進行改進優(yōu)化，既降低成本又保證質(zhì)量，大大提高生產(chǎn)效率。

消失模鑄造；澆注系統(tǒng)；后續(xù)改進；工藝探討

龍工控股公司為形成工程機械自供優(yōu)質(zhì)鑄件能力，2010年成立龍工鑄鍛有限公司，建造了消失模鑄造等車間。公司根據(jù)消失模鑄造工藝特點組織技術攻關小組，對裝載機變矩器殼體（簡稱L G853殼體）等鑄造工藝進行深入研究，經(jīng)過生產(chǎn)實踐和后續(xù)改進，形成了完善的澆注工藝，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定。這里重點介紹L G853殼體澆注系統(tǒng)的設計及后續(xù)的改進，及對澆注工藝的探討。

1 澆注系統(tǒng)設置考慮的因素

設計澆注系統(tǒng)，需要考慮的因素包括：

1）澆注位置要有利于填砂震實、消除死角、減少變形；

2）高壓油道、液壓閥面及大尺寸機加工重要面不宜放置于頂部，減少集渣[1]；

3）便于橫澆道的開設和內(nèi)澆口的均勻分布，實現(xiàn)平穩(wěn)充型；

4）橫澆道（含內(nèi)澆道）便于機壓整體成型，要有利于與主模和直澆道的粘接和固定；

5）最高處不宜是薄壁部位，防止冷隔，要有利于安裝集渣冒口；6）內(nèi)澆口和冒口余根最好可通過機加工去除；7）橫澆道及防變形支撐安裝后要有利于泡沫模的浸涂和烘烤；

8）澆口杯位置要靠于砂箱澆注的側邊，便于接水；

9）有利于黃模平穩(wěn)放人砂箱并在加砂震實過程中不傾斜不位移；

10）當采用底注式澆注工藝時，應考慮鑄件外型尺寸較小的部位作為高度方向，以縮短內(nèi)澆口至鑄件或冒口最高處的鐵液行程等。

2 LG853殼體的鑄件結構

鑄件結構見圖1，上部是一個像澡盆的大法蘭開口朝上圓臺，圓臺側壁開有一方形窗口，法蘭圓機加工后由螺栓與發(fā)動機連接；圖1 a）下部是內(nèi)凹帶平底邊框的底座，底座兩段寬度不同形成大小頭，底座外型有幾處臺階，構成封閉的外圍（見圖1b）、圖1c）），平底邊框機加工后由螺栓與變速箱體連接；內(nèi)腔有兩階隔板和相通的孔洞（見圖1d））；整體外形尺寸710mm×610mm×300mm，法蘭外徑φ580mm，主要壁厚12mm，最大壁厚60mm，鑄件重115 kg，材質(zhì)HT200.

圖1 LG853殼體結構

3 澆注位置的設置分析

L G853殼體鑄件有6個澆注位置可選擇，即平放、側放、立放的正和反位置。

3.1 大法蘭開口朝上

如圖1a），大法蘭開口朝上時（平放1），整個需要加工的法蘭配合面容易集渣和產(chǎn)生碳渣缺陷；內(nèi)凹的底座多處凹入，存在填砂死角，不易震實，見圖1b）；占用砂箱面積大，一箱只能放置1件。存在問題多，不宜采用。

3.2 大法蘭開口朝下

按圖1a）的反方向位置，即大法蘭開口朝下時（平放2），整個底座的平底邊框機加工配合平面位于頂部，容易集渣和產(chǎn)生碳渣缺陷；內(nèi)腔的隔板存在填砂死角；同樣占用砂箱面積大。存在問題多，不宜采用。

3.3 底座的小頭朝上

如圖1c），即底座的小頭朝上時（立放1），黃模可以平穩(wěn)放置，可實現(xiàn)一箱2件，不存在填砂死角；主要問題是：高度方向偏高，高度末端不厚，頂部難粘接集渣冒口，小頭側面是機加工面，易生產(chǎn)碳渣缺陷；要考慮階梯澆注?？勺鳛槌踹x方案（一）。

3.4 底座的小頭朝下

按圖1c）的反方向位置，即底座的小頭朝下時（立放2），“頭重腳輕”不利于黃模埋箱的平穩(wěn)放置和加砂震實中易傾斜，不宜采用。

3.5 底座大頭的凸出部位朝上

按圖1b）位置，即底座大頭的凸出部位朝上時（側放1），黃?？梢云椒€(wěn)放置；可實現(xiàn)一箱2件；不存在填砂死角；閥面和油道在下部，不易集渣；法蘭圓的頂部較厚，最高處便于設置集渣冒口?？勺鳛槌踹x方案（二）。

3.6 底座大頭的凸出部位朝下

按圖1b）的反方向位置，即底座大頭的凸出部位朝下時（側放2），下黃模時，底座的大頭部分置于底砂，小頭有部分懸空，不如圖1b）位置放的平穩(wěn)；帶高壓油道的厚大處置于頂部，容易集渣。不宜采用。

經(jīng)過以上6個位置的分析，得出了澆注位置初選方案（一），即按圖1c）的位置；初選方案（二），即按圖1b）位置。

4 澆注系統(tǒng)的設置

4.1 在方案（一）位置的澆道設置

方案（一）即圖1c）位置，考慮利用法蘭圓端面作為入水口，在3點、6點、9點、12點位置設4個內(nèi)澆口，直澆道豎直穿過6點、12點位置，橫澆道橫向穿過6點、9點位置。

優(yōu)點：（1）有三層的階梯，高度方向分階段入水，減少上部的碳缺陷；（2）想利用直澆道、橫澆道的十字架支撐，防止法蘭圓變形為橢圓。

缺點：（1）法蘭圓端面中部有凸沿，在內(nèi)澆口粘接位置要將凸沿加寬，鑄件清理時要磨去加寬部份，工作量大且不好操作；（2）整個澆道尺寸較大，不利于機壓整體成型，成型效率低；（3）在實際試驗澆注中發(fā)現(xiàn)，直澆道、橫澆道的十字架，并未起到防止法蘭圓變形的作用，經(jīng)分析是直澆道鐵水的最后凝固，反倒把法蘭圓內(nèi)拉了。

該方案被否定淘汰。

4.2 在方案（二）位置的澆道設置

在方案（二）即圖1b）位置，這個位置屬于側放，澆注的高度是鑄件的寬度，比較適中。其底座下邊框中段尺寸厚大（長度360mm，厚度65mm和40mm），見圖2的2、3部位，可以設置扁橫內(nèi)澆口；其余邊框的寬度在25mm，見圖2的1、4部位，適合設置扁豎內(nèi)澆口，直澆道設于3、4部位之間。于是，設置了澆道如圖3、圖4.

圖2 底座邊框厚大尺寸

圖3 裝了橫澆道及內(nèi)澆口的白模

圖4 加裝了直澆道的黃模

圖5 用砂條及鐵絲與邊框連接固定

從圖3、圖4可以看到，扁U型橫澆道（φ45mm）長度中段有兩個內(nèi)澆口（60mm×8mm），橫澆道兩端頭垂直上翹，各再設置一內(nèi)澆口（40mm×8mm），共4個內(nèi)澆口，上翹處的內(nèi)澆口與中段的內(nèi)澆口，處在不同的高度并寬度相互垂直，提高了橫澆道與白模的粘結強度，有利于承受直澆道重量[2]。直澆道是耐火纖維輕質(zhì)空心管帶澆口杯，設置于圖4右側兩內(nèi)澆口之間，在黃模兩遍涂料烘干后套入橫澆道在該處的圓柱臺上（剝?nèi)跬苛仙w子后露出），直澆道高度中部與黃模底座上邊框用砂條打熱熔膠連接和綁細鐵絲固定（見圖5）.最后，將橫澆道及內(nèi)澆口（含直澆道下部接口）再浸涂一遍涂料并烘干，加厚澆道涂層以提高澆注系統(tǒng)的抗沖砂能力（見圖6）.圖7為放入砂箱準備埋箱的黃模。結論：該方案被采用，進入大批量生產(chǎn)。

5 澆注系統(tǒng)的改進

5.1 直澆道的改進

早期使用的直澆道都是用耐火纖維輕質(zhì)空心直澆道（與澆口杯做成整體）。該直澆道壁厚一致、重量輕、強度好、澆注時很少打噴，澆道不塌砂。輕質(zhì)直澆道的使用在澆注工藝上顯示出極大的優(yōu)越性。

存在問題是：（1）所用材料和制作不易，外購成本高；（2）開箱后形成大量的片狀廢棄物；（3）細小的纖維容易對砂箱過濾網(wǎng)造成堵塞：（4）多品種，不方便對每一種直澆道開模，對要求短一些的往往是用長的將小頭切短，造成浪費；（5）由于拔模斜度，切短后端頭內(nèi)徑變大，不利于與橫澆道的配合連接。

圖6 澆道部位加一遍涂料

圖7 一箱2件的埋箱擺放

為降低成本，減少廢棄物等的不利影響，在保證使用要求情況下，只采用澆口杯部分，其余較長的直管改用實心泡沫，沿直徑分型，開模方便。做法是：（1）直管泡沫烘干后按需切取長度；（2）一頭插入澆口杯小頭（做成緊配合），另一頭貼個同圓泡沫片，用單面膠帶紙纏繞粘接（便于接口去除涂層）；（3）加大涂料波美度浸涂兩遍至厚大于2mm，每遍浸涂后先自然晾干再進爐烘烤，可防止涂層開裂；（4）澆口杯開口朝下，放于烘烤小車進爐烘烤，圖8為烘干后帶涂層泡沫直澆道；（5）增加弧形砂片，使?jié)驳乐惫軋A弧與直砂條的點接觸改為面接觸連接，使接觸的涂層受力均勻，提高連接強度，圖9為增加弧形砂片與邊框連接。

圖8 改進烘干后的直澆道

圖9 直澆道用弧形砂片與邊框連接

5.2 直管泡沫先燒后澆

由于直澆道直管段較長，改用實心泡沫后，澆注開頭澆道容易打噴，影響開頭的澆注速度和澆注人員安全，為解決此問題，采用了對直管先燒后澆工藝[3]。做法是：（1）在澆注前砂箱開啟復壓后，用φ12mm～φ15mm的鐵棒，一頭插入澆包鐵水表面，燙紅鐵棒；（2）取出對準直管中心插入一定深度，泡沫隨即燃燒，在負壓吸氣下可燒到接近直澆道底部；（3）隨后進行澆注，打噴現(xiàn)象基本消除。

5.3 橫澆道縮短的改進

圖4左側的內(nèi)澆口，遠離直澆道，進水作用被削弱。中部的軸承孔，內(nèi)在質(zhì)量要求光潔，但機加工后時而會有砂眼和碳渣缺陷存在（見圖10），于是就把內(nèi)澆口移到軸承孔下端面，把橫澆道縮短了，加強了軸承孔位新鮮鐵液的進入，保證了軸承孔位機加工質(zhì)量。同時，將底部2個內(nèi)澆口由60mm×8mm改為70mm×10mm，將側邊內(nèi)澆口由40mm×8mm改為60mm×10mm，增大內(nèi)澆口面積，提高了澆注速度，減少了碳缺陷的出現(xiàn)。改進后的澆道如圖11所示。

圖10 軸承孔的砂眼和碳渣缺陷圖

5.4 增加澆口窩的改進

一段時間（試驗橫澆道也只用兩遍涂料時），軸承孔位、法蘭圓和上邊框面機加工后出現(xiàn)較多的砂眼，分析產(chǎn)生原因時發(fā)現(xiàn)直澆道底部鐵包砂嚴重（見圖12），將底部鐵包砂嚴重的殼體做標識進行機加工，果真存在大量砂眼。經(jīng)分析，當橫澆道的涂料厚度不夠或涂層強度不足時，開頭直接沖下的鐵液把直澆道底部的涂層沖破了，型砂被卷入鐵液，造成砂眼；澆注過程和澆注后，有靜壓力的鐵液直接通過破損涂層滲入直澆道底部的型砂，造成鐵包砂。

原因找到后，在直澆道底部加了個澆口窩（見圖13），起緩沖鐵水作用，減少鐵液直沖涂層，不再產(chǎn)生鐵包砂（見圖14），鑄件加工后無砂眼。

6 相關工藝及效果檢查

其他相關工藝有：（1）黃模浸涂2遍涂料波美度70，直澆道波美度100，電加熱爐50℃烘烤；（2）美國富康震實臺，20/40目海砂；（3）一次澆注兩箱，一箱2件；（4）獨立直澆道，先燒后澆；（5）澆注溫度：1 475℃～1 485℃，澆注速度：30 s～35 s；（6）澆道負壓0.045M P a，澆后保壓90 s.工藝出品率78%，鑄造合格率97%，機加工合格率98%.

圖12 直澆道底部凸起鐵包砂

圖13 底部增加的澆口窩

圖14 加澆口窩后消除鐵包砂

7 結論

1）澆注系統(tǒng)的設置是消失模鑄造成敗的關鍵，本文提出了澆注系統(tǒng)設置要考慮的10大因素（不限于此），主要目的是要使鑄件不粘砂、不變形、無碳渣、高效益。

2）要充分了解鑄件結構和技術要求，對有閥面和油道要求的優(yōu)先考慮放在底部或側面有利位置，減少可能的碳缺陷。可以先預定多種澆注方案（經(jīng)驗不足時更需要），用排除法去除不可使用的工藝，拿出至少兩個方案進行驗證。

3）隨著大批量的生產(chǎn)以及對機加工質(zhì)量的跟蹤，對澆注系統(tǒng)很可能需要調(diào)整和改進，同時要關注相關工藝或過程造成的影響，方可對癥下藥。

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

［2］祁交九，劉偉.淺談油底殼消失模鑄造工藝［G］//2014中國第二十屆消失模V法實型鑄造技術年會論文集.安徽：2014：9-10.

［3］劉玉滿.消失模先燒后澆空殼鑄造消除碳缺陷［J］.鑄造技術，2008，29（9）：76-77.

Design and Improvement of 853-housing Casting Pouring System

GUO Yue-guang
（Longgong Foundry and Forging CO.，LTD.，Longyan Fujian 364000，China）

In order to design the appropriate pouring system for the torque converter of loader，it needs to predetermine the factors to be considered while setting up.On the basis of the analysis of the casting sctructure and kinds of pouring positions，selecting the favorable pouring position and setting up the gating system with the sprue，runner and the gate canmeet the requirement of casting process.The optimization and improvement of the sprue runner in the subsequent production process could not only reduce the costbutalso ensure the quality and efficiency.

lost foam casting，pouring system，subsequent improvement，process discussion

TG244

A

1674-6694（2017）03-0023-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.008

2017-05-03

郭躍廣（1958-）男，福建龍巖人，高級工程師，研究方向:消失模鑄造工藝設計及實踐。