壓縮機(jī)蓋板鑄件鑄造工藝改進(jìn)

陳 鵬，何長(zhǎng)義，何 媛

（共享裝備股份有限公司，寧夏 銀川 750021）

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝性分析

1.1 產(chǎn)品介紹

蓋板鑄件是干式螺桿真空壓縮機(jī)主要部件之一，鑄件三維圖如圖1 所示，圖中左下管口為排氣管口，中間兩處軸孔為主、從動(dòng)螺桿軸孔。干式螺桿真空壓縮機(jī)工作原理是利用一對(duì)螺桿，在泵殼中作同步高速反向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸氣和排氣作用從而實(shí)現(xiàn)抽真空，主要應(yīng)用于高純凈的真空工藝過(guò)程，具有抽取凝性、含顆粒物氣體的能力，適宜于電子、化工和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。

圖1 蓋板三維圖

壓縮機(jī)蓋板鑄件的基本參數(shù)如表1 所示。

表1 壓縮機(jī)蓋板鑄件的基本參數(shù)

壓縮機(jī)蓋板鑄件力學(xué)性能指標(biāo)要求如表2 所示。

表2 壓縮機(jī)蓋板鑄件的力學(xué)性能指標(biāo)

客戶(hù)要求鑄件非加工面不得有大于1.5 mm 深的缺陷，加工面不得有鑄造缺陷，鑄件全身采取超聲波探傷檢測(cè)，超聲波探傷引用EN12680-3 標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 鑄件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

蓋板整體為殼形結(jié)構(gòu)，中間兩處獨(dú)立軸孔，內(nèi)部由擋板分割為兩部分，左側(cè)體積較大腔為水腔，右側(cè)體積較小腔為氣腔，鑄件沿周均勻分布12 處臍座。具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示，鑄件軸孔及臍座位置較厚大，在凝固過(guò)程中會(huì)形成多個(gè)孤立熱節(jié)，無(wú)法形成順暢的補(bǔ)縮通道，導(dǎo)致這些位置容易產(chǎn)生縮松缺陷。臍座打通長(zhǎng)螺栓孔，發(fā)生縮松會(huì)造成水腔液體滲漏或氣腔漏氣，軸孔位置出現(xiàn)縮松會(huì)導(dǎo)致液體滲入工作腔。

圖2 壓縮機(jī)蓋板關(guān)鍵區(qū)域示意圖

圖3 壓縮機(jī)蓋板原工藝示意圖

通過(guò)Magma 軟件對(duì)鑄件進(jìn)行凝固模擬分析，確定了工藝設(shè)計(jì)思路：將每個(gè)鑄件分為上下半?yún)^(qū)，鑄件上半?yún)^(qū)通過(guò)發(fā)熱冒口補(bǔ)縮，下半?yún)^(qū)關(guān)鍵位置使用冷鐵加快冷卻，消除縮松缺陷；鑄件表面質(zhì)量要求較高，使用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，降低金屬液進(jìn)流速度，同時(shí)增加過(guò)濾網(wǎng)加強(qiáng)擋渣。

2 原工藝方案

設(shè)計(jì)工藝方案一箱兩件，鑄件從中間對(duì)分，結(jié)構(gòu)由上下箱各帶一半，使用開(kāi)放式側(cè)沖澆注系統(tǒng)，金屬液從鑄件中部進(jìn)入型腔。采用發(fā)熱冒口+冷鐵的形式對(duì)鑄件進(jìn)行凝固順序調(diào)整。

3 原工藝方案生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析

原工藝方案實(shí)際生產(chǎn)153 件，毛坯鑄件以及加工之后共計(jì)報(bào)廢62 件，廢品率為40.5%，鑄件廢品的主要原因是因?yàn)榭s松導(dǎo)致鑄件加工后打壓滲漏。

由于原工藝鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率很高，因此決定對(duì)該產(chǎn)品的鑄造工藝進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

4 工藝方案改進(jìn)

4.1 原工藝方案分析

對(duì)原工藝方案缺點(diǎn)進(jìn)行分析：

1）鑄件結(jié)構(gòu)特殊，厚大臍座間由筋板連接?，F(xiàn)澆注方向，由于鑄件臍座與薄壁部位壁厚差較大，薄壁處冷卻速度較快，會(huì)提前凝固造成補(bǔ)縮通道過(guò)早關(guān)閉，補(bǔ)縮路線(xiàn)如圖4 中箭頭示意；

2）鑄件下方無(wú)冒口補(bǔ)縮，僅使用冷鐵激冷，如圖4 所示，如果操作及熔煉過(guò)程控制不穩(wěn)定，如冷鐵跑位、鑄型緊實(shí)強(qiáng)度不足、澆注溫度過(guò)高、液體金屬含氣量過(guò)高、碳當(dāng)量過(guò)低等，都會(huì)造成臍座部位縮松傾向增大；

圖4 壓縮機(jī)蓋板補(bǔ)縮示意圖

3）金屬液從鑄件中部進(jìn)流，如圖5 所示，澆注速度大，充型不平穩(wěn)，金屬液易發(fā)生飛濺、氧化和卷氣等現(xiàn)象，導(dǎo)致鑄件中可能出現(xiàn)砂眼、氣孔和夾渣等缺陷；

圖5 原工藝內(nèi)澆口進(jìn)流位置

4）原工藝中間軸孔分型，鑄件上下箱各帶一半，如圖6 所示，鑄件披縫較多，清理周期長(zhǎng)，同時(shí)使用砂箱較高，合箱控制難度大。

圖6 原工藝批縫示意圖

4.2 改進(jìn)后的工藝方案

工藝方案改為一箱一件，鑄件從頂面大平面分型，鑄件全部由下箱帶出，使用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)比例，直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道面積之比為1∶1.5∶1.5，內(nèi)澆道接2 道瓷管底返，金屬液從鑄件底部進(jìn)入型腔，如圖7 所示。

圖7 工藝改進(jìn)后分型面及澆注系統(tǒng)

采用頂面分區(qū)冷鐵+發(fā)熱冒口，底側(cè)面厚大臍座鋪滿(mǎn)冷鐵的方式，如圖8 所示。

圖8 壓縮機(jī)蓋板改進(jìn)后工藝圖

新工藝具有以下特點(diǎn)：

1）調(diào)整鑄件澆注方向后，所有厚大臍座本身作為補(bǔ)縮通道，補(bǔ)縮路線(xiàn)如圖9 中箭頭示意，延長(zhǎng)鑄件補(bǔ)縮時(shí)間，利于縮松缺陷的消除；

圖9 壓縮機(jī)蓋板補(bǔ)縮示意圖

2）發(fā)熱冒口分區(qū)配合底側(cè)面冷鐵對(duì)厚大位置進(jìn)行補(bǔ)縮，如圖10 所示，紅色部分為冷鐵，藍(lán)色部分為冒口，冒口最后凝固，鑄件實(shí)現(xiàn)順序補(bǔ)縮；

圖10 壓縮機(jī)蓋板補(bǔ)縮示意圖

3）使用開(kāi)放式底返澆注系統(tǒng)，如圖7 所示，降低澆注速度，金屬液從型腔底部緩慢平穩(wěn)進(jìn)流，可有效避免砂眼、氣孔和夾渣等缺陷；

4）新工藝頂面大平面分型，鑄件由一箱帶出，如圖11 所示，鑄件整體性好，披縫少且易于清理，同時(shí)降低了合箱操作難度。

圖11 新工藝批縫示意圖

5 生產(chǎn)驗(yàn)證

按照上述確定的鑄造工藝，生產(chǎn)蓋板24 件，其中2 件因?yàn)閵A砂，機(jī)損報(bào)廢。廢品率8.3%，其余鑄件通過(guò)檢測(cè)?，F(xiàn)工藝已穩(wěn)定生產(chǎn)，每月30～40 件，預(yù)計(jì)廢品率將降低到5%以下。

6 結(jié)論

對(duì)壓縮機(jī)蓋板鑄造工藝的改進(jìn)通過(guò)調(diào)整工藝澆注方向，優(yōu)化模型分型方式，合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，精確計(jì)算冒口，并采取通用、專(zhuān)用冷鐵改變溫度梯度，使用Magma 軟件模擬驗(yàn)證等多種工藝手段聯(lián)合作用的方法，有效解決了當(dāng)前鑄件的縮松問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鑄件批量穩(wěn)定交付，也為今后類(lèi)似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于大壁厚差球墨鑄鐵小件，根據(jù)鑄件特殊的結(jié)構(gòu)，針對(duì)性地設(shè)計(jì)澆冒系統(tǒng)，鋪設(shè)冷鐵，調(diào)整溫度梯度建立順暢補(bǔ)縮通道，實(shí)現(xiàn)鑄件順序凝固，可有效避免縮松缺陷的產(chǎn)生，降低廢品率。