箱殼類鑄件鐵模覆砂鑄造工藝及缺陷控制

原創(chuàng) 吳仲超 鑄造工程 2022-02-07 07:59

編輯導(dǎo)語(yǔ)：鐵模覆砂鑄造生產(chǎn)的鑄件具有尺寸精度高、表面光潔度好、鑄件重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于尺寸較長(zhǎng)、壁厚差異較大的箱殼鑄件常存在鑄造氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。通過(guò)對(duì)比，選用合適的澆注系統(tǒng)、落砂工藝等控制措施，生產(chǎn)一種長(zhǎng)度為970 mm的箱殼鑄鐵件，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其尺寸、性能合格，采取相應(yīng)措施后，鑄件大平面氣孔、側(cè)面夾渣、裂紋等缺陷問(wèn)題得到有效解決，產(chǎn)品質(zhì)量合格。

鐵模覆砂鑄造工藝是在鐵模內(nèi)壁掛上一層型砂，澆注后獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的一種工藝方法，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，在一些厚壁需急冷的鑄件上得到迅速發(fā)展和規(guī)模化應(yīng)用，成為鑄造工業(yè)的重要組成部分。

與傳統(tǒng)砂型鑄造相比，其優(yōu)點(diǎn)在于造型過(guò)程中用鐵模代替了砂箱，鑄型剛度大、用砂量少，工藝出品率高，具有尺寸精度高、表面光潔、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。但鐵模覆砂鑄造工藝也有其缺點(diǎn)和局限性，并非所有的鑄件都適合采用鐵模覆砂工藝來(lái)生產(chǎn)，要進(jìn)行具體分析。下面簡(jiǎn)單介紹一下筆者公司在試制一種長(zhǎng)度為970 mm箱殼的鐵模覆砂鑄造工藝中，防止上平面氣孔、側(cè)壁夾渣、裂紋等缺陷的方法和控制措施。

1 工藝方案

此鑄件的材質(zhì)為GG25，基本壁厚8 mm，最大壁厚達(dá)49 mm，輪廓尺寸為970 mm×520 mm×235 mm(圖1)。鐵模覆砂鑄造工藝根據(jù)鑄件的幾何形狀進(jìn)行制模，使用1 100 mm×780 mm×275 mm的砂箱進(jìn)行射砂覆砂，將法蘭面作為分型面，分型面?zhèn)让翱谶M(jìn)水并同時(shí)起補(bǔ)縮作用，通過(guò)控制C、Si的含量和加銅合金來(lái)滿足其力學(xué)性能要求。

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圖1 產(chǎn)品輪廓

筆者設(shè)計(jì)了兩大典型工藝方案，并進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析。方案1(圖2)：將鑄件位于下箱，從法蘭面進(jìn)水，由于鐵液充型落差有235 mm高，鑄件表面有產(chǎn)生氣孔、夾渣缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。

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圖2 工藝方案1

工藝方案2(圖3)：鑄件置于上箱，充型相對(duì)平穩(wěn)，但作為薄壁件，鑄件上表面產(chǎn)生氣孔、冷隔的風(fēng)險(xiǎn)很大。

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圖3 工藝方案2

權(quán)衡比較上述兩大典型工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)：鐵模覆砂工藝和樹脂砂類似，方案1經(jīng)充型模擬分析，充型過(guò)程易出現(xiàn)鐵液飛濺、紊流等;但對(duì)比方案2，綜合考慮充型和排氣，以及覆膜砂整體強(qiáng)度較樹脂砂好，充型過(guò)程沖刷夾雜物少，因此采用方案1開(kāi)模試驗(yàn)。

具體參數(shù)為：鐵模覆砂厚度為8 mm，澆注系統(tǒng)截面積比例按直澆道﹕橫澆道﹕內(nèi)澆道=1﹕1.5﹕1.2控制，直澆道底部設(shè)置100 mm×100 mm×20 mm的陶瓷過(guò)濾片。

工藝難點(diǎn)主要在于鑄件大平面氣孔、側(cè)面夾砂、裂紋等缺陷問(wèn)題。

2 工藝試驗(yàn)

確定好工藝方案之后，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，具體包括以下步驟：

(1)裝模。將模具吊裝進(jìn)鐵模生產(chǎn)線的造型工位，芯盒上、下總成分別安裝到造型設(shè)備連接板上。

(2)模具加熱。將模具加熱到150～250 ℃，采用紅外線測(cè)溫槍測(cè)溫。

(3)射砂。射砂前需檢查分合面，確保無(wú)隙縫見(jiàn)光現(xiàn)象;設(shè)定射砂時(shí)間為27 s，啟動(dòng)射砂按鈕完成射砂操作。

(4)該鑄件產(chǎn)品鐵模覆砂固化時(shí)間控制在90～120 s后開(kāi)模，這樣殼型固化比較完好。

(5)油道泥芯由于位于下箱，離分型面較遠(yuǎn)，為了防止粘砂，采用耐高溫覆膜砂制芯，泥芯工作表面浸涂鑄鐵用醇基涂料。

(6)檢查殼型后合箱，鎖箱放置澆口杯。

(7)爐前成分控制在C%=3.05～3.25、Si%=1.7～1.9、Cu%=0.6～0.8要求的范圍之內(nèi)，終硅按2.0%計(jì)算，來(lái)滿足力學(xué)性能和加工要求。

(8)澆注溫度控制1 420～1 430 ℃，澆注時(shí)間27～30 s。

(9)澆注后在20～22 min開(kāi)箱。

(10)鑄件變形檢測(cè)。通過(guò)3D掃描，鑄件的公差與設(shè)計(jì)的三維尺寸相比均在±1 mm范圍內(nèi);但收縮率在長(zhǎng)、寬方向上存在明顯差異，寬度方向收縮率比長(zhǎng)度方向收縮大0.3%～0.5%。

(11)試驗(yàn)了7件鑄件，其中出現(xiàn)裂紋的有3件，大平面出現(xiàn)氣孔的1件，側(cè)面出現(xiàn)夾渣缺陷的2件。

3 缺陷改進(jìn)措施

針對(duì)鑄件大平面氣孔，側(cè)面夾渣、裂紋等缺陷，采取了下面幾項(xiàng)改進(jìn)措施。

(1)針對(duì)內(nèi)腔側(cè)壁夾砂缺陷，再次試制時(shí)在殼型局部噴涂水基涂料，以提高殼型表面抗夾砂性能和抗脈紋能力(圖4)。

(2)針對(duì)平面氣孔缺陷(圖5)，在澆注進(jìn)水的對(duì)面設(shè)置4個(gè)? 60 mm×70 mm的溢流冒口(圖4)，增加分型面排氣縫隙0.3～0.4 mm。

(3)針對(duì)側(cè)壁裂紋缺陷，控制澆注后的開(kāi)箱時(shí)間在13～15 min。

采取上述措施后，生產(chǎn)了小批鑄件，氣孔、側(cè)面夾渣、裂紋等缺陷已得到明顯改善;本體硬度HBW 192～200;金相組織石墨細(xì)小，等級(jí)達(dá)到四級(jí)，材質(zhì)合格;樣件加工性能良好。

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圖4 殼型

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圖5 氣孔缺陷

4 結(jié)論

對(duì)于箱殼類鑄件的鐵型覆砂鑄造工藝，結(jié)合充型模擬分析，采取了在殼型局部噴涂水基涂料，在澆注進(jìn)水的對(duì)面設(shè)置溢流冒口，增加分型面排氣縫隙，控制澆注后的開(kāi)箱時(shí)間等針對(duì)性措施，在解決鑄件法蘭面氣孔、側(cè)壁面夾砂及裂紋缺陷方面取得顯著效果，產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。

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文章編輯：柳建國(guó)

微信編輯：蔡文娟

微信審核：張　楊

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