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對于解決機床鑄件的粘砂問題,首先要檢查工藝方案,核算澆注系統(tǒng),先把鑄造工藝存在的問題解決,然后再對現(xiàn)場存在的問題進行逐一分析。
塔座鑄件粘砂位置發(fā)生在軸孔部位,如圖1 所示。圖中軸孔位置有一φ45 的加工軸孔,從結(jié)構(gòu)上看,此處軸孔帶加工量后過于狹小,鑄造時形成軸孔的砂芯不容易緊實,強度不足,易引起粘砂缺陷。為防止粘砂問題,工藝上設(shè)計使用長釘作為芯鐵增加此處砂芯強度防止斷裂,同時輔助工具使操作者更易緊實降低由于緊實帶來的粘砂問題。
圖2 為機床件塔座工藝圖,材質(zhì)為HT.鑄件輪廓尺寸500 mm×490 mm×440 mm;鑄件毛重220 kg,澆注重量247 kg;澆注溫度1 360 ℃,澆注時間16 s.采用封閉式澆注系統(tǒng),一箱一件。
圖1 軸孔所示位置及三維加工量標(biāo)識
圖2 塔座生產(chǎn)工藝
通過查看工藝,計算澆注系統(tǒng)的比例F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶1.95∶0.88,符合工藝設(shè)計規(guī)范。然后考慮澆注溫度與涂料波美度對于鑄件粘砂的影響,在此前提下,需要先考慮軸孔位置的緊實強度對于粘砂的影響。因為引起粘砂的原因一般可分為機械粘砂與化學(xué)粘砂,而化學(xué)粘砂多出現(xiàn)在鑄鋼件上與某些大的鑄鐵件上,對于塔座此類產(chǎn)品一般影響較小??紤]到降低機械粘砂帶來的影響,因為軸孔圓面為加工面,設(shè)計補貼加工量之后,軸孔整體顯得深陷而且狹小,為了控制變量研究降低粘砂的措施,因此盡可能保持在一定范圍的緊實強度。在工藝要求上對塔座軸孔的緊實是通過加入鐵釘來增加強度,用專用工具來緊實小芯頭。
試驗開始階段,首先確認(rèn)試驗的條件是否充足,通過詢問生產(chǎn)專員,確定本產(chǎn)品顧客需求量大,本實驗可以有很好的數(shù)據(jù)支撐,同時也可以提高整個交付的效率,本實驗存在很好的適用性;然后確定試驗的方案,在確保了一定水平的軸孔砂芯緊實強度后(檢查軸孔芯緊實硬度≥85 MPa),控制變量研究涂料和澆注溫度對于粘砂的影響。
控制變量法常采用的是控制因素的方法,把多因素的問題變成多個單因素的問題,而控制其余幾個因素不變,從而研究被改變的這個因素對事物的影響,分別加以研究,最后在綜合解決。
本文采用這種方法,控制砂芯在一定范圍的緊實硬度下,分別研究涂料波美度與澆注溫度對于塔座軸孔粘砂的影響。因為在基本排除了機械粘砂(緊實強度)影響后,鑄造過程影響粘砂的主要因素為涂料和熔煉的波動,俗話說三分造型,七分熔煉。對于鑄件而言是由外型與芯子構(gòu)成,造型完成后,處于一個原始狀態(tài),為了防止樹脂砂在鐵水高溫作用下與鑄件粘連,致使鑄件不好清理,形成鐵包砂,涂料的作用就顯得至關(guān)重要,涂料相當(dāng)于一層阻隔,防止鐵包砂的產(chǎn)生,而涂料的性能好壞是由波美度來表征,波美度顯示的是涂料的稀稠程度,涂料的波美度都存在一個范圍,有的是在較稀釋(波美度低)的狀態(tài)下作用最好,有的是在黏稠(波美度高)狀態(tài)下作用最好,我司經(jīng)過成本與效果篩查選用800C 鋯英粉涂料。
熔煉方面,除了控制C 當(dāng)量的加入和顧客所需材料的合金外,最重要的一環(huán)就是澆注溫度了,高溫下液態(tài)金屬的收縮傾向會增大[1],同時高溫會使液態(tài)金屬的滲透性增強,這也是粘砂的重要影響成分,所以選取合適的波美度與合適的澆溫,就可以解決絕大多數(shù)的粘砂問題,本文也是從這個方向切入,設(shè)計試驗方案。
研究工藝把澆注溫度控制在1 360 ℃~1 370 ℃之間,查閱文獻[2]得知澆注溫度過高會使砂芯漲大,特別是具有雜亂砂芯的灰鐵鑄件,過高的澆注溫度會使型砂燒結(jié)而致使砂粒間間隙增大,從而增大金屬滲入深度;澆注溫度過低易出現(xiàn)夾渣與硫化錳氣孔缺陷,一般的灰鐵件澆注溫度在1 350 ℃左右,然后考慮降低夾渣缺陷的產(chǎn)生,把澆溫控制在1 360 ℃~1 370 ℃區(qū)間內(nèi),然后考慮調(diào)整波美度,觀察對于粘砂的影響。
試驗所用涂料為800C 鋯英粉醇基涂料,其波美度一般在70~75,對醇基涂料而言,其作用是滲透砂型與砂芯進行防粘砂,一般是涂料越黏稠(波美度越高)刷涂之后的效果也會越好,因此把波美度調(diào)整到73~75,70~73 之間刷涂兩遍觀察涂料對于芯子的滲透層深度。通過對比得知800C 涂料在波美度較低情況下滲透性最好,特別是保持在70~71時,然后通過觀察后序狀態(tài)下鑄件的粘砂情況,波美度為73~75 的鑄件軸孔還是粘砂嚴(yán)重,70~71 之間的鑄件得到改善但還有部分粘砂,涂料的最終作用是滲入砂芯[3]、砂型形成一定的滲透層,進行填隙作用,又可以減緩砂型的激熱膨脹,而波美度是涂料的一種具體表現(xiàn)形式,波美度的大小影響涂料的黏稠度,涂料最好的使用性能也是通過波美度體現(xiàn),例如富士科涂料性能最好是在波美度為60~65之間,并且是越黏稠刷涂效果越好即波美度為65最好,而800C 涂料波美度為70~75 之間,且為滲透性涂料在波美度低的情況下效果好即波美度為70~71 時。澆溫為1 360 ℃~1 370 ℃,波美度為73~75、71~73 對比如圖3 所示。
澆注溫度為1 360 ℃~1 370 ℃時,分別研究軸孔刷涂波美度為73~75 與71~73 的鑄件粘砂對比,波美度為73~75 的鑄件軸孔還是粘砂嚴(yán)重,70~71之間的鑄件得到改善但還有部分粘砂。
為了研究澆注溫度對于鑄件的粘砂的影響分兩個區(qū)間控制波美度,一個波美度為70~71,一個波美度為73~75,澆注溫度也分成兩個批次澆注,一批按照1 350 ℃~1 360 ℃,一批按照1 360 ℃~1 370 ℃.第一撥試驗波美度為70~71,澆溫按照1350℃~1360℃生產(chǎn)一批,1 360 ℃~1 370 ℃生產(chǎn)一批觀察結(jié)果;第二撥試驗波美度為73~75 澆溫按照1 350 ℃~1 360 ℃生產(chǎn)一批,1 360 ℃~1 370 ℃生產(chǎn)一批觀察結(jié)果。通過觀察兩撥試驗的鑄件成效發(fā)現(xiàn),澆注溫度在1 360℃~1 370 ℃時,波美度為73~75 的鑄件粘砂非常嚴(yán)重,給清理人員造成了非常大的麻煩;波美度在70~71 的鑄件雖然略好,但還是不好清理。
圖3 涂料不同波美度得到的鑄件情況
如圖4 所示,涂料波美度控制在73~75 時,澆注溫度為1 350 ℃~1 360 ℃與1 360 ℃~1 370 ℃生產(chǎn)的鑄件,由圖可知澆溫為1 360 ℃~1 370 ℃的鑄件軸孔粘砂嚴(yán)重,不利于清理,澆溫為1 350 ℃~1 360 ℃的鑄件局部粘死,即使沒有整個軸孔粘砂,但也不好清理;如圖5 所示,波美度在70~71 的鑄件,軸孔位置整個暢通,沒有任何粘砂,后面連續(xù)驗證30 件都沒有問題。
由圖5 可知波美度在70~71 時澆注溫度為1360℃~1370℃的鑄件軸孔還有輕微粘砂缺陷,很大程度上解決了粘砂的問題,還有可解決的空間存在;澆注溫度為1 350 ℃~1 360 ℃的鑄件軸孔通透,只需拋丸一次即可,徹底解決粘砂問題。粘砂措施就此制定:控制澆溫在1 350 ℃~1 360 ℃,波美度控制在70~71.
圖4 波美度為73~75 鑄件
圖5 波美度為70~71 鑄件
通過控制變量的方法尋找解決鑄件粘砂的問題,在工藝要求前提下對塔座軸孔的緊實采用加入鐵釘來增加強度,用專用工具來緊實小芯頭,保證不會出現(xiàn)機械粘砂的前提下,通過試驗最終確定澆注溫度控制在1 350 ℃~1 360 ℃,800C 鋯英粉涂料波美度控制在70~71 情況下,塔座軸孔的粘砂得到徹底有效的解決。