淺析熱油泵球鐵件的消失模鑄造工藝

　　段克利

　　(重慶萬(wàn)鑄重工設(shè)備有限公司)

　　摘要：本文詳細(xì)分析了熱油泵鑄件的白模粘接工藝、涂料涂掛的方案、澆注系統(tǒng)的方案、裝箱組型的方案等，介紹熱油泵殼體鑄件防變形的具體工藝措施，以及如何使用動(dòng)態(tài)同步凝固原理來(lái)設(shè)計(jì)合理的澆注工藝。

　　關(guān)鍵詞：熱油泵;消失模鑄造;球鐵;防變形;澆注工藝。

　　消失模鑄造工藝采用負(fù)壓干砂震動(dòng)造型，而且模型表面必須涂掛涂料并烘干。這兩個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程會(huì)給模型帶來(lái)很高的變形機(jī)率。為了提前預(yù)防這兩個(gè)工藝過(guò)程中出現(xiàn)的變形，白模上的防變形拉筋必不可少。它的設(shè)計(jì)要縱觀鑄件的結(jié)構(gòu)而定，合理運(yùn)用直交道、內(nèi)澆口和拉筋，并采取必要工藝設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到理想的成品率、出品率。本文中作者以熱油泵鑄件為例，介紹一些球鐵件生產(chǎn)中防變形的具體經(jīng)驗(yàn)。

　　熱油泵工件基本描述：

　　第一步：零件介紹

　　1) 基本輪廓尺寸如圖1

　　圖1 熱油泵泵殼的簡(jiǎn)圖

　　2)材質(zhì)： QT400-18; 3)球化級(jí)別：二級(jí); 4)石墨大?。?級(jí);

　　5)打壓試驗(yàn)：4Mpa試壓時(shí)間大于5分鐘;6)單件重量：44 kg。

　　第二步;零件特性分析：

　　1) 泵殼最薄壁厚8mm易冷隔;

　　2) 油泵底座四角為160mmx80mmx12mm易變形;

　　3) 油泵出油口下端和進(jìn)油口法蘭下端不利填沙;

　　4) 大口直徑251mm易變形;

　　5) 直徑192mm的法蘭盤(pán)厚度28.5mm易縮松;

　　6)球化級(jí)別2級(jí)，石墨大小6級(jí)不易球化完畢長(zhǎng)時(shí)間澆注;

　　7)4Mpa試壓時(shí)間大于5分鐘，不容許有熱解殘留物和夾砂、夾渣。

　　第三步 ：硬件條件

　　1) 熔煉設(shè)備1T中頻爐; 2)負(fù)壓設(shè)備SK-20真空泵2臺(tái);

　　3) 造型設(shè)備可變頻三維震實(shí)臺(tái)2臺(tái); 4)每小時(shí)30噸砂處理設(shè)備一套;

　　5) 1260x900x1100負(fù)壓砂箱10只; 6)500kg球化包1只，1000kg澆注包1只;

　　7) 1200x1000螺桿成型螺桿機(jī)5臺(tái); 8)間歇式預(yù)發(fā)機(jī)含流化床一套;

　　9) 500kg可調(diào)速涂料攪拌機(jī)一臺(tái); 10)蒸汽制熱方式烤房40m2x5共計(jì)200平米。

　　第四步：工藝方案

　　圖2 熱油泵泵殼的澆注工藝簡(jiǎn)圖

　　鑄造工藝設(shè)計(jì)理念：圍繞現(xiàn)有硬件設(shè)施設(shè)計(jì)，方便現(xiàn)場(chǎng)操作，提高工藝出品率，巧妙利用拉筋和直澆道防止變形并實(shí)現(xiàn)同步凝固，合理通過(guò)流場(chǎng)調(diào)整熱場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)球墨鑄鐵特有自補(bǔ)縮功能，達(dá)到低耗、優(yōu)質(zhì)、高效的目的。

　　鑄造工藝簡(jiǎn)介：

　　1)澆注系統(tǒng)總重8.8kg，零件88kg，工藝出品率90%;

　　2)方直澆道340x35x35。目的是方便內(nèi)澆道組合，末端可以收集前端過(guò)冷鐵水;

　　3)圓直澆道直徑33x333，澆口杯直徑114，使工藝出品率最高化;

　　4)內(nèi)澆道為斜鍥(55x30x15x5)x2，斜鍥澆口方便去除，集中熱量中心兩點(diǎn)切入，利用流場(chǎng)，均衡分配熱量，同時(shí)控制251尺寸的變形并牢固模串方便操作。

　　5)木條(10x15x420)x2，(10x15x540)x2，控制底座四角變形，方便涂掛和入箱(如圖3所示)。斜鍥(20x30x15x8)x8，方便去除，減少打磨工作量，提高鑄件表面光潔度。

　　圖3 白模組型的三維示意圖

　　6)模型材料選用STMMA—2#，預(yù)發(fā)密度21g—22g/L,克服了EPS的含碳量高進(jìn)而影響石墨型態(tài)的問(wèn)題。澆注系統(tǒng)選用EPS泡沫切割，降低成本。

　　7)模具水平分型，由鄭州萬(wàn)達(dá)劉氏模具提供。

　　8)涂料選用自配石英粉骨料涂料，粘度要求波美計(jì)度數(shù)：48-50度。涂掛3遍、法蘭口向下排放(如圖4所示)，通過(guò)涂料流淌性質(zhì)自然形成局部加厚涂料，解決油泵出油口下端和進(jìn)油口法蘭下端不利填砂可能引起的鐵瘤。

　　圖4 白模組型后擺放位置的示意圖

　　9) 球化劑選用：ZDSA8-3;粒度為5-20mm，加入量為1.1%，球化溫度1570-1590℃。

　　10)孕育劑牌號(hào)：70SB-1,粒度1-3mm和0.2-0.8mm,包內(nèi)加入量1.1%，隨流量0.1-0.2%。

　　11)生鐵選用國(guó)標(biāo)Q12號(hào)，基本配料生鐵為65%-75% ，廢鋼為10%-15%，硅鐵0.3%。球化爐前成分要求：C：3.8-3.9，Si：1.4-1.5。

　　12)每爐兩次球化，每包600kg，每包澆注3箱，每箱兩組模串，每串兩件。每串澆注時(shí)間40—50秒，4—5分鐘完成澆注過(guò)程。

　　13)負(fù)壓要求: -0.4-0.6Mpa。

　　14)澆注后保壓時(shí)間10分鐘，保溫時(shí)間1小時(shí)。

　　鑄造工藝驗(yàn)證：

　　1) 鄭州萬(wàn)達(dá)劉氏磨具設(shè)計(jì)，水平分型每模兩片一件。

　　2) 白模型的制作。

　　珠粒預(yù)發(fā)后，其熟化至少需要8h。熟化時(shí)間與模樣材料、模樣壁厚、熟化條件(溫度、濕度、通風(fēng))等有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。預(yù)發(fā)泡密度為21—22g/L，待用時(shí)間大約為48h，死量含量不超過(guò)0.5%。由于泵殼體較復(fù)雜，泡沫模樣不能在一組模具內(nèi)成型，需要進(jìn)行分片處理，故需單獨(dú)用模具成型，然后用粘結(jié)的方法，將分片泡沫模樣組合成整體泡沫模樣，然后自然存放5天，涂掛前進(jìn)行組合烘烤，時(shí)間大于12h，白模最終重量小于140g。

　　圖5 白模擺放和木條壓白模的示意位置

　　按如圖所示粘接：

　　將組合好的模片用紙膠布貼好，仔細(xì)檢查模片的表面，對(duì)毛刺和模片缺陷部位要進(jìn)行打磨修整。將膠水均勻的涂刷結(jié)合部位，不要造成沾合后膠水堆積的現(xiàn)象。在貼紙膠布時(shí)要保證膠布和模片結(jié)合部位的嚴(yán)實(shí)性，粘合后不能有縫隙和皺皮。

　　圖6 白模粘接的操作示意圖

　　3)模型組裝

　　圖7 白模粘接的注意事項(xiàng)

　　4)模型涂掛

　　消失模涂料必須具備良好的強(qiáng)度、透氣性、懸浮性、流淌性、涂掛粘結(jié)性、耐高溫性等性能。本案例采用自配涂料，涂料攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速高速：1000-1200轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌1個(gè)小時(shí)，涂料攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速低速：500-600轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌30分鐘消除氣泡，粘度為波美計(jì)度數(shù)：48-50度，涂料沒(méi)有氣泡產(chǎn)生，涂掛的遍數(shù)：總體3遍。如圖擺放，讓暗角不好充型部位自然流淌增厚，實(shí)不長(zhǎng)鐵瘤，且不預(yù)填砂的作用。

　　(a) 涂掛完涂料后滴流的擺放方式 (b) 進(jìn)入烘房后在貨架上的排放方式

　　圖8 白模涂掛的注意事項(xiàng)

　　5)造型過(guò)程采用布袋加砂, 砂溫要求不超過(guò)60℃，加砂步驟如圖所示

　　圖9 布袋加砂的操作指導(dǎo)書(shū)

　　6)鑄件澆注現(xiàn)場(chǎng)

　　圖10 澆注現(xiàn)場(chǎng)的照片

　　7)鑄件落砂

　　圖11 落砂現(xiàn)場(chǎng)的照片

　　8)鑄件檢測(cè)：

　　(1)無(wú)明顯粘砂和皺皮，冷隔，縮松鑄造缺陷，落砂后木條自然脫落，連接內(nèi)切輕敲打平整脫落。

　　(2)尺寸符合圖紙要求。

　　(3)球化級(jí)別為1～2級(jí)如圖12所示 。

　　圖12 石墨以球狀為主，球化1～2級(jí)之間 ×100

　　(4)鑄態(tài)球鐵的機(jī)械性能

　　珠光體數(shù)量<30%，磷共晶數(shù)量<1%時(shí)，其機(jī)械性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。即σb500～600 MPa，δ518%～22%，aK≥50 J/cm2，HB170～200。

　　表1　球化級(jí)別為1～2級(jí)之間的QT400-18鑄態(tài)球鐵的機(jī)械性能

　　9)總結(jié)共計(jì)澆注8爐，108件，2件氣孔集中法蘭盤(pán)上端，其余壓力試驗(yàn)后全部入庫(kù)。

　　10)鑄件入庫(kù)。

　　結(jié)論：

　　消失模鑄造由于其造型靈活性的特點(diǎn)，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)靈活設(shè)計(jì)木拉筋巧，妙運(yùn)用澆注系統(tǒng)，合理選材等方法調(diào)整鑄件的冷卻順序，以最大限度的減少冒口尺寸與數(shù)量，提高工藝出品率。同時(shí)可以通過(guò)設(shè)計(jì)技巧連接木拉筋與鑄件結(jié)合最大程度提高表面光潔度減少后續(xù)打磨工作量，實(shí)現(xiàn)理想的高質(zhì)量鑄件是必然的。