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技術資料

鑄件熔模長孔、窄槽類鑄造的幾種工藝方法

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      熔模鑄造型殼是“上涂料——撒砂——干燥”這一過程的重復。但對于具有長孔、窄槽這樣結構的鑄件而言,由于長孔、窄槽內部不易上涂料、撒砂,當通孔的孔深和孔徑之比H/d>5,窄槽的槽深或長與寬之比大于一定比例時很難鑄出,往往采用機械加工的方法實現。對于直徑略大的長孔,雖然型殼可以做出,但已被漿料、型砂填滿,增加了縮孔、縮松缺陷發生的幾率。本文即討論該類鑄件熔模鑄造的幾種方法。
 
1.浸漿法

1.1浸漿法:在制殼二層或三層后,將型殼浸入到漿料中,使漿料充滿長孔或窄槽中型殼余下的空間,待其中的漿料干透后,再進行下一層型殼的制作。目的是增加孔內型殼的強度,防止出現跑火現象。

1.2實例:接頭A
接頭A結構見圖1。其上有一個Φ4×25細長孔,呈135°相交,孔壁厚1mm,頭部0.7mm,件小而輕,質量為9.5g。資料介紹:當孔徑Φ3~Φ5時,最大可鑄出孔深為5~10mm,即孔深與孔徑之比為1.4~3.3,而該件孔深與孔徑之比為6.25,可見Φ4孔制殼是該件的難點。
 
圖一

     該件一、二層型殼均采用鋯英材料,一層型殼厚約0.5mm,二層型殼厚約0.75mm。制殼兩層后,Φ4孔口只有約Φ1.5mm。三層正常制殼時,撒30~60目莫來砂,粒徑為0.2~0.6mm。且長孔呈135°相交,孔內正常上涂料撒砂已無法實現。但兩層鋯英材料型殼強度較小,無法抵抗1600℃以上高溫鋼水沖刷,會產生跑火現象形成廢品。在制殼二層后采用了“浸漿法”,增加了型殼的強度,滿足批量生產要求。

1.3工藝要點
①浸漿漿料:硅溶膠+莫來粉(200目),粘度20±2S。粘度大,浸漿時流動不好,不易充滿;粘度小,浸漿時看起來已滿,但干透后由于水分蒸發會留下較多的空洞,影響強度。
②浸漿前吹凈長孔內的浮砂。
③浸漿后型殼一定要干透,以保證強度。接頭A三層浸漿后干燥時間為24小時,干燥條件:溫度24±2℃,濕度40~60%,吹風。

2.長孔內插木條法

2.1長孔內插木條法:在制殼三層或四層后,在長孔余下的空間插入木條,隨后進行正常制殼、封漿、脫蠟等操作。型殼焙燒時,插入的木條燒掉形成空洞,從而改善型殼澆注后的散熱條件,消除縮孔、縮松缺陷的方法。

2.2實例接頭B
      接頭B的結構見圖2,虛線為澆口,其上均布Φ7.8×23的長孔六個。工藝設計采用一字型橫模頭組樹,正常制殼四層半后澆注,并采用“型殼局部淬水”工藝,即在型殼澆注前,將型殼下部淬入水中2~3秒,形成自上而下的溫度梯度和凝固順序。但在澆口下部的兩個孔內出現大比例的縮松現象,嚴重的已縮透。分析認為:這兩個孔位于澆口下部,澆注時鋼水經此處流入型腔,有過熱傾向,而Φ7.8mm孔正常制殼四層半后已被漿料和型砂填滿,惡化了此處散熱和冷卻條件,加劇了縮松產生傾向。在制殼三層后,采用插入木條法,消除了孔內的縮松缺陷。
 
圖二

2.3工藝要點:
①插入木條可根據孔大小在制殼三層后或者四層后進行,此時應保證型殼有一定強度抵抗鋼水沖擊。
②插入木條直徑應與余下型殼孔洞接近,這樣既方便操作,又保證能插住。
③插入木條應在制殼2~3小時后進行。過早,型殼強度低,易損壞;過晚,型殼有一定強度,凹凸不平的撒砂平面,阻礙了木條的插入。
④木條長度足夠,以保證插透。
⑤為便于操作,組樹時蠟模六孔中心與模頭夾角大于60°。

3.型殼局部保溫法

3.1型殼局部保溫法:焙燒前,在型殼的局部敷貼保溫材料,延緩此處的冷卻、凝固時間,打開鋼水的補縮通道,以達到消除縮孔、縮松缺陷的目的。

3.2實例DN15法蘭閥蓋
      法蘭閥蓋結構見圖3,虛線為澆口。該件結構特點:上下兩個較厚法蘭盤間有較長的流量口,孔徑Φ15mm,長51.4mm,壁厚3mm。鑄造工藝設計:上法蘭盤一個澆口,一字橫模頭組樹,四層半型殼,澆注時下法蘭盤處采用“型殼局部淬水”工藝,澆注溫度為1600~1610℃。但在澆注后,有部分鑄件在流量孔內中部產生縮松現象。

圖三
 
      分析認為:該件流量孔長且壁薄,鑄件澆注后的凝固補縮狀態見圖4。下法蘭盤及附近的Ⅲ區,因型殼淬水的激冷作用,最先凝固而得到致密的組織;靠近澆口Ⅰ區,鋼水的收縮有來自澆口的熱鋼水補充,也得到致密的組織;處在中間的Ⅱ區,上部的鋼水補充及下部的激冷作用都無法到達該處,而在制殼完成后,流量孔基本上已被漿料和型砂填滿,散熱及冷卻條件極差,于是在流量孔的中部產生了縮松缺陷。在流量孔的外部型殼處涂敷保溫材料后,延緩了Ⅰ區的凝固時間,打開了自上而下的補縮通道,使來自澆口的熱鋼水通過Ⅰ區補充到了Ⅱ區,解決了孔內的縮松問題。
 
圖四

4.陶瓷型芯法

4.1陶瓷型芯法:即將預制的具有一定常溫和高溫強度、線膨脹系數小、高溫下具有化學穩定性的型芯放在壓型中壓制蠟模,然后正常制殼做出帶有型芯的型殼,經澆注后再去除型芯,從而得到復雜內腔鑄件的方法。

4.2實例連接器
      連接器結構見圖5。其上有約4×12.5×32.5的腰圓形窄槽,并與Φ8孔相交,在鑄件內部形成一個垂直的流道。該流道窄而長,正常制殼已不可能,故采用陶瓷型芯方法。陶瓷型芯外購,壓制出蠟模見圖6。

圖五
 

圖六
 
      為保證陶瓷型芯定位準確,設計了長10mm的兩個芯頭,即伸出蠟模之外不與金屬接觸部分,見圖6的A、B部位。為防止陶芯與型殼材料熱膨脹系數不同,導致在型殼焙燒或澆注過程中,二者因長度變化不一,引起型芯變形甚至斷裂,修蠟模時將其中一個芯頭端部涂上一薄層修補蠟,這樣在型殼脫蠟后,型殼與芯頭之間有一定間隙,防止型芯受力損壞。正常制殼四層半,澆注溫度1600~1610℃。
陶芯去除采用堿煮或堿爆的方法。

4.3工藝要點
①陶芯芯頭與模具間留有0.2~0.8間隙,方便陶芯安放。
②當陶芯偏長或下芯受阻時,可用細砂紙打磨芯頭或受阻部位,保證陶芯平穩安放在模具中。當陶芯偏短或定位不是很牢時,可在芯頭端部涂抹修補蠟,增加陶芯與模具間的粘結力。
③當陶芯較大時,組樹后蠟模的清洗改在組樹前??捎萌聿頰從星逑醇戀那逑匆翰潦美?,防止樹組清洗時芯頭吸潮,影響型殼干燥。
④去除陶芯有個別殘留時,可采用機械法或手噴砂輔助去除。
 
5.自硬型芯法

5.1自硬型芯法
      制殼2~3層后,在窄槽口部尚未被涂料和型砂填滿之前,灌注配制好的以水溶性磷酸鹽為粘結劑的專利制芯材料J×R-2漿料。漿料灌入后自硬成型,形成含水磷酸鹽結晶體,隨后正常制殼澆注,再除去型芯得到窄槽的方法。

5.2實例閥體塞頭
      閥體塞頭結構見圖7。其上有Φ165×11的窄槽,上表面為曲面,槽深處為54mm,該槽能否順利鑄出是該件的關鍵。工藝試制中,曾先后采用正常制殼五層半,制殼三層后填30~60目莫來砂的方法,但均因槽內嚴重跑火失敗,采用“自硬型芯法”后,窄槽順利鑄出。

圖七
 
①漿料配制工藝
a.漿料配制比例:100g芯料+25ml硅溶膠,粉液比:4
b.漿料攪拌時間:人工攪拌1~2分鐘

②制殼工藝:一、二層型殼采用鋯英材料,三層采用莫來砂粉料。此時11mm寬的窄槽約有5~6mm的窄縫,三層干燥后,灌注已調配好的J×R-2漿料,10分鐘后,漿料自硬成型,1小時后漿料強度已較高,再制四層后的型殼,并正常脫蠟。
型殼焙燒30分鐘后澆注,在鑄件表面形成氣孔,延長焙燒時間到60分鐘以上,氣孔基本消除。
澆注后的J×R-2自硬型芯,呈淺綠色,潰散性良好,正常噴砂基本去除,邊角殘余部分,可人工清理。

5.3工藝要點
①資料介紹:漿料配比100g芯料加硅溶膠19~24ml,粉液比約為4.2~5.2。隨粉液比降低,漿料流動性變好,但固化時間加長。根據該件結構,兼顧兩個方面因素,我們選擇粉液比4。
②漿料調配好后,要盡快灌注。時間長時,由于固化原因,流動性會急劇下降,影響操作。
③灌注漿料前,吹凈槽內浮砂,減少漿料流動阻力,同時有利于提高自硬型芯的密度和強度。
④灌漿料時宜傾斜型殼,避免卷入氣體。
⑤該件因窄槽深淺不一,采用兩次灌漿,盡可能使槽內灌滿漿,以減少制殼難度,避免跑火缺陷產生。
⑥嚴格控制漿料灌注后的固化時間。因漿料固化過程伴有體積膨脹,時間長會脹裂型殼,導致型殼報廢。
 
6.討論與分析

6.1有資料介紹,對于碳鋼材質,熔模鑄件外形尺寸為10~50時,可鑄出壁厚一般是2.0~2.5,最小1.5,不銹鋼材質由于含Cr量高,鋼液易氧化,流動性變差,但適當提高澆注溫度,增加鋼水的過熱度,延長液態金屬的流動時間,可以鑄出壁厚0.7~1mm鑄件。

6.2接頭A上細長孔Φ4×25,呈135°相交,一般情況下應采用陶瓷型芯,采用“浸漿法”后,在保證鑄件質量前提下,降低了使用陶瓷型芯的成本,又避免了清殼困難,是一種經濟實用的工藝方法。

6.3對孔徑約Φ6~Φ15的鑄件長孔,正常制殼可以實現,但涂料和型砂填滿了長孔的所有空間,變成了不透氣的死孔,形成新的熱節,具有熱節效應,容易形成開放式的縮孔缺陷。長孔內插入木條,型殼焙燒時,木條燒掉留下空間,消除了熱節,改善了鋼水澆注后的冷卻和散熱條件。“型殼局部保溫法”延緩了鋼水的冷卻時間,打開了鋼水的補縮通道,同時采用“型殼局部淬水”工藝,形成了自上而下的順序凝固條件,可以消除長孔內的縮孔縮松缺陷。

6.4閥體塞頭窄槽長寬之比47,深與寬之比約為5,已超出了表1所列黑色金屬熔模鑄件鑄槽尺寸。如果應用陶瓷型芯,會存在下列三個問題:

圖8
 
①型芯為Φ165×11圓環狀,上表面呈曲面,尺寸大,分量重,成本高。
②型芯尺寸大容易變形,受結構及工藝限制不好定位,這樣使槽尺寸難以符合鑄件圖要求。
③陶瓷型芯去除一般采用化學方法:氫氟酸腐蝕法、堿煮或堿爆,污染環境,有一定危險。
采用自硬型芯后,克服上述問題,生產出鑄件尺寸精確,清殼容易,成本低廉。
 
7.結語
      長孔、窄槽類鑄件是熔模精密鑄造常見結構之一,生產中經常因為孔槽內跑火、縮松等缺陷造成返修,甚至報廢。本文所述幾種工藝方法,在某種程度上可解決這些問題,生產出符合要求的鑄件。


                                                       『不是原創,來自于互聯網』

 


 
 


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