后橋主減的消失模鑄造工藝

1?前言 我公司完成湖北隨州客戶3000T消失模鑄造生產(chǎn)線的生產(chǎn)調(diào)試工作。該生產(chǎn)線主要生產(chǎn)后橋主減、中橋主減、過橋箱等球鐵類殼體鑄件。在雙方的通力合作下，確定了黑白黃區(qū)整套消失模鑄造的工藝流程，實現(xiàn)了生產(chǎn)線的正常運作。該生產(chǎn)線是我公司首條全自動分離澆注生產(chǎn)線，減少了設(shè)備投入，提高生產(chǎn)效率。全線均采用PLC自動控制，自動化程度較高。 消失模鑄造(Lost Foam Casting，簡稱LFC)是20世紀50年代末發(fā)展起來的砂型鑄造生產(chǎn)上革命性的新技術(shù)，被譽為“2l世紀的鑄造新技術(shù)”、“鑄造中的綠色工程”。采用消失模鑄造工藝，可取消砂芯、分型、合箱等工藝，減小鑄件加工余量，減輕毛坯質(zhì)量，下降表層粗糙度。消失模鑄造的工藝流程如圖1。該現(xiàn)場主要產(chǎn)品為重汽上后橋主減速殼、中橋主減速殼以及過橋箱三種，均為球鐵鑄件。現(xiàn)主要介紹后橋主減速殼的消失模鑄造工藝流程。 ? 圖1 2 鑄件結(jié)構(gòu)分析 ? 后橋主減速器殼是汽車上的重要部件，裝配精度高，要求加工精度高，且加工面較多，最大加工量在1~2mm。該鑄件單件重量約為20kg，輪廓尺寸為400*380*160mm。鑄件的壁厚不均勻，最薄處壁厚只有6mm。內(nèi)腔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，油道口較小，注意避免鐵包砂的產(chǎn)生，同時鑄件四個軸承角座處厚度較大，是熱節(jié)處，易產(chǎn)生縮孔縮松。鑄件的三維圖如圖2所示。 ? 圖2 3 工藝流程 3.1 白區(qū) （1）預(yù)發(fā) 使用間歇性半自動蒸汽預(yù)發(fā)機，發(fā)泡原料為共聚料（凱斯特STMMA-3A），預(yù)發(fā)后珠粒密度22~23g/L，預(yù)發(fā)后烘干熟化至少5h后使用。 （2）成型 使用單絲杠半自動成型機，運行平穩(wěn)。外界條件設(shè)定：蒸汽壓0.4~0.6MPa，水壓0.3~0.4 MPa，氣壓0.6~0.8 MPa，手動沖料。調(diào)整設(shè)置好運行參數(shù)，注意避免白模變形。打出的白模如圖3所示。 圖3 （3）白模 將合格的白模放入烘干房內(nèi)進行烘干。烘干房采用溫濕度自動控制，蒸汽主烘干為主，電加熱輔助。烘干房溫度設(shè)置為45℃，濕度設(shè)置為16以下。白模放入烘干房內(nèi)烘干2~3天，以稱量白模重量不變?yōu)闇?，方可進入涂刷環(huán)節(jié)。 （4）粘接、組型 1）打磨模型外表飛邊毛刺，用紙膠帶、雙面膠、修復(fù)膏修復(fù)凹坑、破壞損壞等缺點；均勻涂刷冷膠，將白模各分片粘接在一起，粘接縫隙較大的用雙面膠封嚴。 2）澆注系統(tǒng)設(shè)置 按水力學計算公式計算。水力學計算公式如下： 式中? ∑F內(nèi)—內(nèi)澆道總的截面積，單位cm2 ； ? ??G—流經(jīng)內(nèi)澆道的金屬液的總重量，單位kg，包括鑄件重和澆注系統(tǒng)重； ???μ—流量系數(shù)，其值可在參考書目查詢，修正值也需查詢，一般取0.30~0.40； ? ? Hp—壓頭高度，根據(jù)模型在砂型中的位置確定； ? ?τ—充滿型腔的總時間，單位s，其值可按下式確定。 為保證金屬液不斷流和具有一定的充型速度，選用封閉式澆注系統(tǒng)，底注式澆注方式，各澆道的比例選為：∑F內(nèi)：∑F橫：∑F直=1：1.2：1.4。 現(xiàn)根據(jù)理論法計算澆注系統(tǒng)各澆道的截面積，澆道具體尺寸形狀根據(jù)普通砂型鑄造選取。根據(jù)鑄件的形狀，設(shè)計兩個內(nèi)澆道，由水力學計算公式式中：G=50kg, μ=0.35, Hp=600mm。消失模鑄造中澆注系統(tǒng)一般通過手工切割苯板獲得，考慮到切割方便以及與其他鑄造類型相比，消失模鑄造冷卻速度更快，澆注系統(tǒng)一般要大些。參考計算結(jié)果以及實際經(jīng)驗，內(nèi)澆道橫截面尺寸為8×40mm，直澆道為40×20mm，直澆道為40×40mm。 消失模鑄造造型時，澆注位置設(shè)計應(yīng)盡量遵循以下幾個原則： a. 盡量立澆、斜澆。避免大平面向上，保證金屬有一定上升速度。 b. 澆注位置應(yīng)使金屬與模樣熱解速度相同，避免澆注速度慢或出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，引起塌箱紊流缺點。 c. 模樣在砂箱中的位置應(yīng)有利于干砂充填，盡量避免水平面和水平向下的盲孔。 d. 重要加工面處在下面或側(cè)面，頂面最好是非加工面。 e. 澆注位置還應(yīng)有利于多層鑄件的排列，在涂料和干砂充填緊實的過程方便支撐和搬運，使模樣某些部位可能加固，避免變形。 綜合以上，鑄件澆注系統(tǒng)的總體的設(shè)計圖如圖4所示。 圖4 3.2 黃區(qū) （1）涂料按照規(guī)定配比進行攪拌。涂刷采用浸涂方式，因此攪拌40min，波美度達到1.6左右即可。 （2）對組好的白模分3次進行涂刷，以便每層涂料徹底干透。烘干房溫度設(shè)置在50℃，濕度設(shè)置為16以下。前兩遍各紅烘干1天，第三遍烘干一天后，對露白處進行補涂，澆口及進水口處加厚涂刷。三遍后白模涂料厚度達到1.5mm，澆口及進水口處達到2~3mm。 （3）白模浸涂后，需靜置1min待表層涂料均勻后，再調(diào)整放置位置放入烘干房內(nèi)進行烘干，避免白模有涂料堆積。白模放入烘干房內(nèi)如圖5所示。 圖5 3.3 ?黑區(qū) （1）金屬熔煉 ? 鑄件材質(zhì)要求為球鐵450-10，國標牌號化學成分要求控制范圍見下表。 廠家熔煉控制：（2.5T爐，半小時出1T鐵水進行球化） ①原材料以鐵屑為主，加少量鋼筋和回爐料，出爐前加7.5kg硅鐵，爐前采用鐵水碳硅分析儀測量出爐前的鐵水成分，碳硅的化學成分控制：C3.6~3.7，Si2.6~2.7。 ? ②出爐球化溫度1540~1560℃，溫度太高會影響鐵水的球化效果。采用喂絲法球化，球化鋼絲型號如下圖6。1T鐵水使用42m球化鋼絲，球化時間約3min。球化結(jié)束后用“三角法”檢驗球化效果。 圖6 （2）埋箱造型 該生產(chǎn)線設(shè)有自動預(yù)埋底砂工位，到埋箱工位時，底砂已到位震實。擺放模型時，須注意擺放位置（如下圖7所示）。由于主減殼有油道結(jié)構(gòu)，埋至此位置時可用手檢驗是否留有死角，若砂子未填實，澆注后會造成鐵包砂。放砂分2~3次，每次震動40s左右，逐層震實以增加震實效果。澆口應(yīng)高出砂面一定距離，避免澆注時鐵水將周圍沙子卷入引起缺點，同時面砂也應(yīng)有一定的厚度，以防澆注時燙壞塑料薄膜。集渣冒口注意扎眼以增加排氣效果。 該生產(chǎn)線為兩工位自動分離澆注線，為滿足廠家生產(chǎn)要求，一箱澆4簇，近200kg，每小時8箱。 埋箱造型時特別注意澆口處的處理，對于澆注時負壓的保持及防沖砂有很大的關(guān)系。一般采用如下幾種方式： ①直澆道上套陶瓷環(huán)，安裝陶瓷澆口杯。 ②制作樹脂澆口杯，在直澆道口上用密封泥與樹脂澆口杯連接。 ③手工切割或機打泡沫澆口杯，在澆口杯處刷2~3mm涂料，外用石棉布包裹。 ④在泡沫澆口杯外用水玻璃砂等圍起。 圖7 （3）鐵液澆注 鐵水澆注前做好除渣工作，澆注溫度一般在1480℃左右。澆注前將負壓系統(tǒng)打開，負壓度控制在0.045~0.05。因一次澆包澆注4箱，16個澆注口，澆注口較多，如一次澆注時負壓太小，注意調(diào)節(jié)控制各箱負壓度。鐵水包鐵水澆完后，將所有砂箱蝶閥全部打開，負壓調(diào)至0.015~0.02保壓15分鐘。 ? 澆注時，注意澆注速度控制，一般節(jié)奏：慢—快—慢。在鐵水不反噴的情況下，盡量加快澆注速度，盡量控制在控制在20秒內(nèi)。為保證球化效果，澆注隨鐵液放入10~20g孕育劑經(jīng)行二次孕育。保壓結(jié)束后，砂箱運轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動運轉(zhuǎn)1h后有自動翻箱機翻出，送到清理工位經(jīng)行鑄件清理。如下圖所示。 ? 圖8 4 ?結(jié)論 通過現(xiàn)場的多次試澆注，確定的上述工藝流程基本滿足澆注出的合格的鑄件產(chǎn)品，且能保證較高的正品率。但澆注的結(jié)果也會出現(xiàn)諸如氣孔、冷隔等鑄造缺點。出現(xiàn)氣孔其主要原因在于白模密度、烘干程度以及負壓的保持。對于冷隔，由于球化溫度與澆注溫度存在一定的沖突，為平衡這一點，還需做進一步的改進，必要時需整個澆注作業(yè)節(jié)拍做出調(diào)整。 消失模鑄造的整套工藝流程較其他普通鑄造方式，各個環(huán)節(jié)可謂環(huán)環(huán)相扣，哪一個環(huán)節(jié)稍有紕漏，鑄件澆注就會出現(xiàn)問題。因此一個可行的工藝流程必須靠一個穩(wěn)定負責的管理團隊去執(zhí)行操作。