負壓消失模鑄件尺寸控制概述

田學(xué)森，潘鳳英，張會賢，張志江

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

負壓消失模鑄造是黑色合金消失模鑄造的主要方式，特別是鑄鐵件。與傳統(tǒng)砂型鑄造相比，消失模模樣在制作、施涂、烘干、放模、振實、澆注過程均有變形的風(fēng)險，而傳統(tǒng)砂型鑄造保證模具尺寸就能解決大多數(shù)尺寸問題。負壓消失模鑄造生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 負壓消失模生產(chǎn)流程

本文利用1 000 kg左右具有薄壁、復(fù)雜型腔的機床用消失模鑄鐵件（如圖2）的生產(chǎn)，說明負壓消失模鑄造尺寸控制過程。

1 負壓消失模鑄造過程尺寸變形分析

圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

輪廓尺寸較大，壁厚較小的負壓消失模鑄鐵件變形的原因和影響因素較為復(fù)雜。鑄件變形表現(xiàn)為鑄件尺寸、壁厚嚴(yán)重超出公差要求、圓柱圓孔不圓整、缺角少邊。一些較長較大的鑄件易產(chǎn)生扭曲、彎曲和撓性變形等，后期缺陷檢查困難。造成消失模鑄件尺寸問題主要有內(nèi)部和外部兩種因素。

內(nèi)因：高溫金屬液進入型腔內(nèi)，冷卻過程中由液態(tài)變固態(tài)，凝固過程會產(chǎn)生體收縮和線收縮，并產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力，金屬收縮的應(yīng)力和鑄型中型砂強度形成的阻力之間的矛盾疊加，就會出現(xiàn)鑄件變形，甚至開裂。

外因：鑄造工藝設(shè)計、模樣制作、施涂烘干、生產(chǎn)準(zhǔn)備、振實造型、負壓澆注以及打箱過程中任一環(huán)節(jié)控制不當(dāng)就可能會造成鑄件變形。

1.1 消失模模樣（板材）制作過程中的變形

消失模成型方式有白模成型機成型和板材機加成型兩種。白模成型機成型時在成型后取模時，由于有些幾何形狀比較復(fù)雜，在起模時因氣壓和水壓的作用，以及手工取模時會發(fā)生物理拉延變形；板材機加成型過程裝卡、支墊及加工參數(shù)等均會造成模樣的局部變形。同時成型模樣白模在烘干時，擺放不合理，碼層過高會引起變形。白模烘干時間不合適，引起白模線性尺寸收縮不夠或收縮過多，在澆注后毛坯尺寸不符合圖紙要求；而機加用板材烘干及時效周期不夠就會造成機加二次變形。

1.2 組模過程中的變形

由于白模在成型工序和烘干時會有變形現(xiàn)象的發(fā)生，而且白模形狀各異，如果在粘結(jié)組合工序不進行控制，則毛坯變形的量增大，此過程中的變形占變形原因的80%.

1.3 模樣施涂與烘干過程中的變形

消失模模樣不論采用浸涂還是流凃，都有變形的風(fēng)險，涂料流掛過程由于表面涂料不均勻各部位受力也不均勻就會發(fā)生模樣變形，施涂過程的變形大多發(fā)生在大平面上。烘干過程變形則主要是模樣在烘干托盤上的支墊不合理造成的，這種變形主要表現(xiàn)為局部上翹、下塌。

1.4 黑模生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中的變形

負壓消失模方法生產(chǎn)帶有復(fù)雜型腔的鑄鐵件時，對不易填砂振實、或者負壓不易固定干砂的半封閉深腔通常使用樹脂砂或其他方式預(yù)填埋，這個過程稱為黑模生產(chǎn)準(zhǔn)備。生產(chǎn)準(zhǔn)備過程需要對指定腔體預(yù)填，該區(qū)域緊實強度就會遠大于黑模其他部位，如果未及時支墊到位，模樣就會變形，而且這種變形通常是不可校正的。

1.5 振實造型過程中的變形

造型過程可分解為放模和造型兩個工步。放模過程若未提前根據(jù)黑模結(jié)構(gòu)刮制隨型的砂胎，模樣放置在砂床上就會有局部受力支墊，局部無支墊懸空的問題存在，在此工步模樣就已經(jīng)發(fā)生變形；隨后進入振實過程，采用雨淋方式均勻加砂，放模時懸空的位置就會下榻變形，受力點則會進一步上翹。隨著振實過程這種變形將會進一步加劇。

1.6 負壓澆注過程的變形

真空負壓是負壓消失模鑄造方法最為重要的一個參數(shù)。實踐發(fā)現(xiàn)：澆注時負壓過低干砂固定不穩(wěn)，易出現(xiàn)塌箱、壁厚增大、頂面上漲；負壓過高又會出現(xiàn)尖角、臍子、頂面型內(nèi)負壓鐵液無法充型，形狀缺失等問題。

2 負壓消失模鑄造尺寸控制方法概述

通過對負壓消失模鑄造過程變形的分析可知，其變形存在于整個鑄造過程，要控制負壓消失模鑄件的變形，需要建立系統(tǒng)的尺寸控制和保證體系，即建立全流程尺寸檢驗體系，規(guī)范尺寸檢驗標(biāo)準(zhǔn)，并且對關(guān)鍵工序制定專項控制措施。

2.1 負壓消失模鑄造尺寸檢驗流程建設(shè)

負壓消失模鑄造尺寸檢驗流程如圖3所示，包括模樣尺寸控制與鑄件尺寸分析兩部分。模樣尺寸控制保證投產(chǎn)的模具尺寸符合圖紙要求與工藝設(shè)計，鑄件尺寸分析則是優(yōu)化工藝設(shè)計的重要過程和手段。

圖3 尺寸檢驗流程

2.2 尺寸檢驗標(biāo)準(zhǔn)及分析方法建設(shè)

根據(jù)負壓消失模鑄造尺寸檢驗流程，對各個工步的尺寸進行監(jiān)控。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗建議消失模模樣尺寸控制標(biāo)準(zhǔn)為：白模（0～+1）mm；黑?！? mm.標(biāo)準(zhǔn)化的檢驗分析方法分為標(biāo)準(zhǔn)化的檢驗工具和文件。消失模模樣由于其重量較小、易移動，通常采用非接觸式測量工具，如使用3D照相測量設(shè)備進行尺寸測量（如圖4模具尺寸3D照相檢測報告）。標(biāo)準(zhǔn)測量文件包括模樣（白模、黑模）尺寸報告、關(guān)鍵工序CTQ尺寸測量記錄表、鑄件/模具尺寸對比分析表。

2.3 全流程尺寸控制措施制定

有了規(guī)范的尺寸測量及記錄，即可制定有針對性的控制措施。

白模尺寸報告主要反應(yīng)消失模原材料及白模制作過程尺寸控制能力，若出現(xiàn)不合格應(yīng)從消失模珠粒或板材性能、分模方式、組模粘接等方面調(diào)查分析問題，逐一排查后制定改進措施。

黑模尺寸報告反映流凃及烘干過程尺寸控制能力，若出現(xiàn)不合格應(yīng)從施涂及烘干支墊兩點查找問題并制定改進措施。通常黑模變形主要是烘干時支墊不平穩(wěn)導(dǎo)致，針對典型產(chǎn)品制作專用支墊工裝，如圖5為機床床身專用支墊，可有效解決此類變形問題。

圖5 機床床身黑模烘干支墊工裝示意圖

此外，關(guān)鍵工序的關(guān)鍵質(zhì)量特性CTQ（Critical To Quality）測量在生產(chǎn)準(zhǔn)備和造型放模過程起著重要作用。生產(chǎn)準(zhǔn)備對不易填砂緊實的部位進行樹脂砂預(yù)填后會導(dǎo)致黑模局部變形，造型過程將黑模放置在砂胎上時如砂胎不平整或軸孔、鉗口等底面突出部位未進行手工嵌入砂胎時會造成黑模扭曲變形。因此必要時建立CTQ測量表對關(guān)鍵點進行監(jiān)控。

鑄件/模具尺寸對比分析表是根據(jù)鑄件尺寸結(jié)果制定白模、黑模及尺寸設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。例如，某加工尺寸工藝設(shè)計9 mm加工余量，白模/黑模實測9 mm，鑄件實測6 mm，則工藝設(shè)計加工余量偏小。

3 結(jié) 語

通過建立全流程的尺寸檢驗流程，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸控制文件及分析改進通道制定措施，可以有效穩(wěn)定地控制負壓消失模鑄件的尺寸。

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