家用空調(diào)壓縮機(jī)鑄鐵件熱節(jié)處縮孔的消除方法

楊忠林，蘇建勇，田超群，徐爾靈

（韶鑄集團(tuán)韶關(guān)金寶鑄造有限公司，廣東韶關(guān) 512031）

現(xiàn)代家用空調(diào)壓縮機(jī)支架鑄鐵件的生產(chǎn)多數(shù)是使用迪砂垂直造型生產(chǎn)線，支架單重0.5 kg～2 kg之間，支架的軸徑的中心孔都是實(shí)心鑄出（如圖1），材質(zhì)一般都是HT250，珠光體含量≥95%，軸徑內(nèi)部加工研磨后不允許出現(xiàn)肉眼可見的單點(diǎn)疏松。這類鑄鐵件熱節(jié)處的疏松、縮孔等不良品需要加工后才能發(fā)現(xiàn)，如圖2所示，一旦生產(chǎn)線品質(zhì)控制不好，將出現(xiàn)批量的廢品[1]。

1 鑄件生產(chǎn)狀況

鑄件主要采用廢鋼+增碳劑+回爐鐵的合成鑄鐵方法[2]，由于廢鋼的種類、產(chǎn)地、表面質(zhì)量等都影響到鑄件的質(zhì)量，所以工藝設(shè)計(jì)的品質(zhì)保障系數(shù)必須提高。

原迪砂線模具工藝設(shè)計(jì)如圖3所示，采用重力靜壓澆注[3]，每型鑄件澆滿后，鑄件液態(tài)凝固之前，鐵水靜壓力從澆口杯的頂部液面開始計(jì)算，每排鑄件的靜壓力分別H1，H2，H3.實(shí)際生產(chǎn)過程中，澆口杯的金屬液體往往受到澆注員工技能的影響，存在半杯、甚至杯內(nèi)無金屬液的情況。

圖1 支架鑄件

圖2 縮孔不良

每個(gè)模具號(hào)各取50件加工，對(duì)內(nèi)徑縮孔件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4，發(fā)現(xiàn)1#～4#模的縮孔不良分別為36%、26%、18%、14%，5#～12#模具號(hào)也有合計(jì)不良率約占總數(shù)的2%，原因是上排鑄件靜壓力最低，影響鑄件質(zhì)量。

2 縮孔原因分析

2.1 宏觀形貌

圖3 模具工藝圖

圖4 不良品層別分析

剖開內(nèi)徑縮孔件的縮孔部分，樣品指定觀察面明顯可見大小不一的宏觀孔洞，依孔洞內(nèi)壁形貌、邊緣形態(tài)及在樣品截面所處位置分析，初步定為殘余縮孔，如圖5中箭頭所示。

圖5 縮孔（2#指定觀察面宏觀形貌）

2.2 微觀形貌

將樣品檢測(cè)面制成金相樣品，放大100倍后發(fā)現(xiàn)縮孔周圍以A型石墨為主，如圖6所示，用3%的稀硝酸腐蝕后，發(fā)現(xiàn)縮孔周圍有金屬流動(dòng)的痕跡，如圖7圓圈部分所示。

將圖7圓圈部分放大500倍觀察發(fā)現(xiàn)空洞邊緣有明顯的脫碳層（見圖8），經(jīng)過測(cè)量，脫碳層的深度為1.2 mm，如圖9所示。

顯微觀察表明，孔壁暗影部位石墨類型異常，為E型枝晶狀石墨，因其石墨遠(yuǎn)較附近A型石墨細(xì)小，故所在區(qū)域較周圍致密，導(dǎo)致觀察時(shí)出現(xiàn)暗影。進(jìn)一步觀察，石墨類型異常區(qū)域基體組織中，非金屬夾雜物和磷共晶含量較周圍略高。分析原因認(rèn)為是由于鑄鐵生產(chǎn)中爐襯材料剝落、聚渣劑殘留物等由于鐵水補(bǔ)縮不足，無法上浮到鑄件表面而停留在鑄件中，分布在縮孔的周圍；對(duì)鑄造表層觀察，可見明顯脫碳層，主要原因是由于含碳量低，石墨析出少，縮孔的周圍出現(xiàn)了異常的石墨塊。

通過分析，認(rèn)為鑄件內(nèi)徑熱節(jié)處的縮孔產(chǎn)生的主要原因有：

1）澆注系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的靜壓力不足，造成鑄件液態(tài)收縮時(shí)得不到及時(shí)補(bǔ)充而形成縮孔；

2）鑄件的補(bǔ)縮通道在鑄件石墨化膨脹前未提前關(guān)閉，造成反補(bǔ)縮，從而使鑄件最后凝固的部位形成縮孔。

圖6 縮孔件檢測(cè)面（腐蝕前）

圖7 縮孔件檢測(cè)面（腐蝕后）

圖8 觀察縮孔壁

圖9 測(cè)量脫碳層深度

3 解決措施

3.1 改變澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整鑄件靜壓力

重新設(shè)計(jì)模具澆注系統(tǒng)，將鑄件的靜壓力分解開，每排鑄件的靜壓力獨(dú)立，如圖10，第二排鑄件的壓力頭和第三排鑄件的靜壓頭均為85 mm.考慮到第一排鑄件受人工澆注技能的影響，設(shè)計(jì)值為90 mm，大于下面兩排，只要澆注系統(tǒng)中橫澆道有鐵水，就能保證第一排鑄件的壓力足夠，即使上排1#～4#鑄件出現(xiàn)澆不足的狀況，也不會(huì)影響到其他鑄件。

3.2 改變進(jìn)水口方向提高鑄件的自補(bǔ)縮能力

改變鑄件的進(jìn)水口方向，采用壓邊1.2 mm～1.3 mm進(jìn)鐵水，角度為60°，直接作用在鑄件上，見圖11，利用鑄鐵件凝固時(shí)的石墨化膨脹實(shí)現(xiàn)鑄件的自補(bǔ)縮，不必設(shè)計(jì)冒口，鑄件經(jīng)過冷卻滾筒后，澆注系統(tǒng)自動(dòng)脫離。

圖10 改進(jìn)后模具澆注系統(tǒng)圖

3.3 應(yīng)用效果

新的模具澆注系統(tǒng)的實(shí)施后，生產(chǎn)鑄件近200萬(wàn)件，鑄件的內(nèi)徑縮孔不良率僅為0.3%，品質(zhì)穩(wěn)定；將這種理念擴(kuò)展到其他機(jī)型，到目前為止，共有近100個(gè)機(jī)型，每月生產(chǎn)支架2 000多噸，約2 500萬(wàn)件，支架內(nèi)徑縮孔不良率低于0.5%.

4 結(jié) 論

在一定條件下，模具工藝的設(shè)計(jì)是影響空調(diào)壓縮機(jī)鑄鐵件熱節(jié)處的縮孔的主要原因，通過設(shè)計(jì)新的模具澆注系統(tǒng)，改變澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整鑄件靜壓力，改變進(jìn)水口方向提高鑄件的自補(bǔ)縮能力，使得支架內(nèi)徑縮孔不良率低于0.5%.

圖11 壓邊進(jìn)水口