長(zhǎng)孔、窄槽類鑄件熔模鑄造工藝方法

1、賽森機(jī)械專注精鑄模具十余年，鑄造工藝設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)加工等，電話模鑄造型殼是“上涂料撒砂干燥”這一過程的重復(fù)。但對(duì)于具有長(zhǎng)孔、窄槽這樣結(jié)構(gòu)的鑄件而言，由于長(zhǎng)孔、窄槽內(nèi)部不易上涂料、撒砂，當(dāng)通孔的孔深和孔徑之比H/d5【1】，窄槽的槽深或長(zhǎng)與寬之比大于一定比例時(shí)很難鑄出，往往采用機(jī)械加工的方法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于直徑略大的長(zhǎng)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(fā)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?jié){料充滿長(zhǎng)孔或窄槽中型殼余下的空間，待其中的漿料干透后，再進(jìn)行下一層型殼的制作。目

2、的是增加孔內(nèi)型殼的強(qiáng)度，防止出現(xiàn)跑火現(xiàn)象。1.2實(shí)例：接頭A接頭A結(jié)構(gòu)見圖1。其上有一個(gè)425細(xì)長(zhǎng)孔，呈135相交，孔壁厚1mm，頭部0.7mm，件小而輕，質(zhì)量為9.5g。資料【1】介紹：當(dāng)孔徑35時(shí)，最大可鑄出孔深為510mm，即孔深與孔徑之比為1.43.3，而該件孔深與孔徑之比為6.25，可見4孔制殼是該件的難點(diǎn)。圖1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，4孔口只有約1.5mm。三層正常制殼時(shí)，撒3060目莫來砂，粒徑為0.20.6mm。且長(zhǎng)孔呈135相交，孔內(nèi)正常上涂料撒砂已無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但兩層鋯英材料型殼強(qiáng)度較小，無(wú)法抵抗1600以上

3、高溫鋼水沖刷，會(huì)產(chǎn)生跑火現(xiàn)象形成廢品。在制殼二層后采用了“浸漿法”，增加了型殼的強(qiáng)度，滿足批量生產(chǎn)要求。1.3工藝要點(diǎn)1.3.1 浸漿漿料：硅溶膠+莫來粉（200目），粘度202S。粘度大，浸漿時(shí)流動(dòng)不好，不易充滿；粘度小，浸漿時(shí)看起來已滿，但干透后由于水分蒸發(fā)會(huì)留下較多的空洞，影響強(qiáng)度。1.3.2 浸漿前吹凈長(zhǎng)孔內(nèi)的浮砂。1.3.3 浸漿后型殼一定要干透，以保證強(qiáng)度。接頭A三層浸漿后干燥時(shí)間為24小時(shí)，干燥條件：溫度242，濕度4060%，吹風(fēng)。2. 長(zhǎng)孔內(nèi)插木條法2.1 長(zhǎng)孔內(nèi)插木條法：在制殼三層或四層后，在長(zhǎng)孔余下的空間插入木條，隨后進(jìn)行正常制殼、封漿、脫蠟等操作。型殼焙燒時(shí)，插入的木條

4、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(shí)例接頭B 接頭B的結(jié)構(gòu)見圖2，虛線為澆口，其上均布7.823的長(zhǎng)孔六個(gè)。工藝設(shè)計(jì)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”【2】工藝，即在型殼澆注前，將型殼下部淬入水中23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(gè)孔內(nèi)出現(xiàn)大比例的縮松現(xiàn)象，嚴(yán)重的已縮透。分析認(rèn)為：這兩個(gè)孔位于澆口下部，澆注時(shí)鋼水經(jīng)此處流入型腔，有過熱傾向，而7.8mm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(chǎn)生傾向。在制殼三層后，采用插入木條法，消除了孔內(nèi)的縮松缺陷。 圖22.

5、3 工藝要點(diǎn)：2.3.1 插入木條可根據(jù)孔大小在制殼三層后或者四層后進(jìn)行，此時(shí)應(yīng)保證型殼有一定強(qiáng)度抵抗鋼水沖擊。2.3.2 插入木條直徑應(yīng)與余下型殼孔洞接近，這樣既方便操作，又保證能插住。2.3.3 插入木條應(yīng)在制殼23小時(shí)后進(jìn)行。過早，型殼強(qiáng)度低，易損壞；過晚，型殼有一定強(qiáng)度，凹凸不平的撒砂平面，阻礙了木條的插入。2.3.4 木條長(zhǎng)度足夠，以保證插透。2.3.5 為便于操作，組樹時(shí)蠟?zāi)Ａ字行呐c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(shí)間，打開鋼水的補(bǔ)縮通道，以達(dá)到消除縮孔、縮松缺陷的目的。3.2 實(shí)例 DN15法蘭

6、閥蓋法蘭閥蓋結(jié)構(gòu)見圖3，虛線為澆口。該件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：上下兩個(gè)較厚法蘭盤間有較長(zhǎng)的流量口，孔徑15mm，長(zhǎng)51.4mm，壁厚3mm。鑄造工藝設(shè)計(jì)：上法蘭盤一個(gè)澆口，一字橫模頭組樹， 四層半型殼，澆注時(shí)下法蘭盤處采用“型殼局部淬水”工藝，澆注溫度為16001610。但在澆注后，有部分鑄件在流量孔內(nèi)中部產(chǎn)生縮松現(xiàn)象。分析認(rèn)為：該件流量孔長(zhǎng)且壁薄，鑄件澆注后的凝固補(bǔ)縮狀態(tài)見圖4。下法蘭盤及附近的區(qū)，因型殼淬水的激冷作用，最先凝固而得到致密的組織；靠近澆口區(qū)，鋼水的收縮有來自澆口的熱鋼水補(bǔ)充，也得到致密的組織；處在中間的區(qū)，上部的鋼水補(bǔ)充及下部的激冷作用都無(wú)法到達(dá)該處，而在制殼完成后，流量孔基本上已被漿料

7、和型砂填滿，散熱及冷卻條件極差，于是在流量孔的中部產(chǎn)生了縮松缺陷。在流量孔的外部型殼處涂敷保溫材料后，延緩了區(qū)的凝固時(shí)間，打開了自上而下的補(bǔ)縮通道，使來自澆口的熱鋼水通過區(qū)補(bǔ)充到了區(qū)，解決了孔內(nèi)的縮松問題。 圖3 圖43.3 工藝要點(diǎn)3.3.1 保溫材料可以使用保溫石棉、石棉布、耐火泥或其它的耐火材料。3.3.2 對(duì)兩法蘭盤間有筋的閥蓋，保溫材料應(yīng)讓出筋部，以防止筋部產(chǎn)生縮松缺陷。 4. 陶瓷型芯法4.1 陶瓷型芯法：即將預(yù)制的具有一定常溫和高溫強(qiáng)度、線膨脹系數(shù)小、高溫下具有化學(xué)穩(wěn)定性的型芯放在壓型中壓制蠟?zāi)?，然后正常制殼做出帶有型芯的型殼，?jīng)澆注后再去除型芯，從而得到復(fù)雜內(nèi)腔鑄件的方法。4.

8、2 實(shí)例連接器連接器結(jié)構(gòu)見圖5。其上有約412.532.5的腰圓形窄槽，并與8孔相交，在鑄件內(nèi)部形成一個(gè)垂直的流道。該流道窄而長(zhǎng)，正常制殼已不可能，故采用陶瓷型芯方法。陶瓷型芯外購(gòu)，壓制出蠟?zāi)Ｒ妶D6。圖5 圖6為保證陶瓷型芯定位準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)了長(zhǎng)10mm的兩個(gè)芯頭，即伸出蠟?zāi)Ｖ獠慌c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(shù)不同，導(dǎo)致在型殼焙燒或澆注過程中，二者因長(zhǎng)度變化不一，引起型芯變形甚至斷裂，修蠟?zāi)r(shí)將其中一個(gè)芯頭端部涂上一薄層修補(bǔ)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16001610。陶芯去除采用堿煮或堿爆的方法。

9、4.3 工藝要點(diǎn)4.3.1 陶芯芯頭與模具間留有0.20.8間隙，方便陶芯安放。4.3.2 當(dāng)陶芯偏長(zhǎng)或下芯受阻時(shí)，可用細(xì)砂紙打磨芯頭或受阻部位，保證陶芯平穩(wěn)安放在模具中。當(dāng)陶芯偏短或定位不是很牢時(shí)，可在芯頭端部涂抹修補(bǔ)蠟，增加陶芯與模具間的粘結(jié)力。4.3.3 當(dāng)陶芯較大時(shí)，組樹后蠟?zāi)５那逑锤脑诮M樹前?？捎密洸颊从星逑磩┑那逑匆翰潦孟?zāi)＃乐箻浣M清洗時(shí)芯頭吸潮，影響型殼干燥。4.3.4 去除陶芯有個(gè)別殘留時(shí)，可采用機(jī)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23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(jié)劑的專利制芯材料JR2漿料。漿料灌入后自硬

10、成型，形成含水磷酸鹽結(jié)晶體，隨后正常制殼澆注，再除去型芯得到窄槽的方法【3】5.2 實(shí)例閥體塞頭 閥體塞頭結(jié)構(gòu)見圖7。其上有16511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(guān)鍵。工藝試制中，曾先后采用正常制殼五層半，制殼三層后填3060目莫來砂的方法，但均因槽內(nèi)嚴(yán)重跑火失敗，采用“自硬型芯法”后，窄槽順利鑄出。圖75.2.1 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(shí)間：人工攪拌12分鐘5.2.2 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(shí)11mm寬的窄槽約有56mm的窄縫，三層干燥后，灌注已調(diào)配好的

11、JR2漿料，10分鐘后，漿料自硬成型，1小時(shí)后漿料強(qiáng)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(zhǎng)焙燒時(shí)間到60分鐘以上，氣孔基本消除。 澆注后的JR2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(diǎn)5.3.1 資料【3】介紹：漿料配比100g芯料加硅溶膠1924ml，粉液比約為4.25.2。隨粉液比降低，漿料流動(dòng)性變好，但固化時(shí)間加長(zhǎng)。根據(jù)該件結(jié)構(gòu)，兼顧兩個(gè)方面因素，我們選擇粉液比4。5.3.2 漿料調(diào)配好后，要盡快灌注。時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，由于固化原因，流動(dòng)性會(huì)急劇下降，影響操作。5.3.3 灌注漿料前，吹凈槽內(nèi)

12、浮砂，減少漿料流動(dòng)阻力，同時(shí)有利于提高自硬型芯的密度和強(qiáng)度。5.3.4 灌漿料時(shí)宜傾斜型殼，避免卷入氣體。5.3.5 該件因窄槽深淺不一，采用兩次灌漿，盡可能使槽內(nèi)灌滿漿，以減少制殼難度，避免跑火缺陷產(chǎn)生。5.3.6 嚴(yán)格控制漿料灌注后的固化時(shí)間。因漿料固化過程伴有體積膨脹，時(shí)間長(zhǎng)會(huì)脹裂型殼，導(dǎo)致型殼報(bào)廢。6.討論與分析6.1 有資料介紹，對(duì)于碳鋼材質(zhì)，熔模鑄件外形尺寸為1050時(shí)，可鑄出壁厚一般是2.02.5，最小1.5【4】，不銹鋼材質(zhì)由于含Cr量高，鋼液易氧化，流動(dòng)性變差，但適當(dāng)提高澆注溫度，增加鋼水的過熱度，延長(zhǎng)液態(tài)金屬的流動(dòng)時(shí)間，可以鑄出壁厚0.71mm鑄件。6.2 接頭A上細(xì)長(zhǎng)孔4

13、25，呈135相交，一般情況下應(yīng)采用陶瓷型芯，采用“浸漿法”后，在保證鑄件質(zhì)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(jīng)濟(jì)實(shí)用的工藝方法。6.3 對(duì)孔徑約615的鑄件長(zhǎng)孔，正常制殼可以實(shí)現(xiàn)，但涂料和型砂填滿了長(zhǎng)孔的所有空間，變成了不透氣的死孔，形成新的熱節(jié)，具有熱節(jié)效應(yīng)，容易形成開放式的縮孔缺陷【5】。長(zhǎng)孔內(nèi)插入木條，型殼焙燒時(shí)，木條燒掉留下空間，消除了熱節(jié)，改善了鋼水澆注后的冷卻和散熱條件?！靶蜌ぞ植勘胤ā毖泳徚虽撍睦鋮s時(shí)間，打開了鋼水的補(bǔ)縮通道，同時(shí)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(zhǎng)孔內(nèi)的縮孔縮松缺陷。6.4 閥體塞頭窄槽長(zhǎng)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【6】。如果應(yīng)用陶瓷型芯，會(huì)存在下列三個(gè)問題： 型芯為16511圓環(huán)狀，上表面呈曲面，尺寸大，分量重，成本高。 型芯尺寸大容易變形，受結(jié)構(gòu)及工藝限制不好定位，這樣使槽尺寸難以符合鑄件