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    消失模鑄造生產側板的工藝方案


    攔焦機側板的材質為高錳鋼,設計要求鑄件端面和螺栓通孔需進行機械加工,加工難度很大。本文從泡沫塑料模樣的制作、涂料配方、涂料涂敷及干燥方法、澆注位置及澆注系統的確定、裝箱振實操作步驟、澆注打箱等方面介紹了消失模鑄造生產側板的工藝方案。 

    側板是冶金設備攔焦機上的備件,為保證其在攔焦機上的裝配性和互換性,設計要求鑄件各端面和螺栓通孔需進行加工,其加工精度如圖1所示。工作條件是承受沖擊磨損,材質為高錳鋼(ZGMn13),我廠試生產側板時采用的是砂型鑄造方法,然后進行水韌處理。但在采用陶瓷刀具進行加工過程中發現,刀具磨損嚴重,加工成本高,且加工效率極低,因此決定采用消失模鑄造工藝進行生產。



    消失模鑄造是一種無余量、精確成形的新工藝,該工藝無需起模,且無分型面和砂芯,因而生產出的鑄件無飛邊、毛刺和起模斜度,減少了由于型芯組合而造成的尺寸誤差。消失模鑄造生產的鑄件,尺寸精度可達+0.25~0.3mm,表而粗糙度可達Ra=6.3~12.5μm,接近精密鑄造水平。


    一、攔焦機側板的技術條件 

    鑄件表面需比滑平整,結構尺寸為1213.5mm×340mm×(20~34)mm,重量為69kg,表而粗糙度為50um,表面及內部不得存在縮孔、縮松、夾渣、氣孔和砂眼等造缺陷,力學性能Rm≥637Mpa,ReL≥343MPa,ak≥196J/cm²,硬度≥180HBW。 

    二、消失模鑄造工藝 

    1.泡沫塑料模的制作 

    由于消失模鑄造時鑄件收縮阻礙小,因此線收縮率要比砂型鑄造大一些,鑄件收縮率取2.8%。消失模法鑄造鑄件的尺寸精度和表面粗糙度取決于泡沫塑料模樣的質量,沒自高質量的模樣就不可能得到高質量的消失模鑄件。我們在生產中采用密度為16~25kg/m³的泡沫塑料板,依據鑄件工藝圖制作樣板,然后用電熱絲切割器將其加工成鑄件形狀,雨手工磨光。 

    為去除水分并使模樣尺寸穩定,將制做完的泡沫模樣放入烘干窯內進行干燥處理,干燥溫度為40~50℃,時間為6h左右。 

    2.涂料的涂刷及干燥 

    我們自行研制了水基鎂砂粉涂料,即以鎂砂粉作為耐火填料,以羧甲基纖維素(CMC)、乳白膠和膨潤土為粘結劑。涂料的組成配比見表1。



    涂料在刷涂前,必須先攪拌一下,攪拌時間為20~30min涂料涂刷兩次,涂層厚度依據鑄件合金種類、結構形狀及尺寸大小來選定。涂層過薄,對模樣的強化作用;過厚則使透氣性下降,且涂層易開裂剝落。澆注溫度較高且壓頭較大時,宜采用較厚的涂層。 


    由于側板輪廓尺寸較大、壁薄,為防止澆注時產生澆不足現象,應采用較高的澆注溫度,因此要求涂刷較厚的涂層,鑄件外表面涂層厚度為2.0mm,孔內涂層厚度為1.2mm,涂刷完第一遍的涂層干燥后,再涂刷一遍,然后用混有粘結劑的鎂砂粉(270目)將螺栓孔堵上、搗實,在40~50℃的烘干窯內干燥。 

    烘干時應注意以下幾點: 

    (1)放在特制的托架上烘干,以防止模樣變形。 

    (2)必須烘干、烘透。 

    (3)干燥后的模樣應放置在濕度較小的地方,以防止吸潮。 

    發現涂刷完涂料并已烘干后的模樣有漏白或涂料層有裂紋現象時,必須補刷涂料并繼續烘干,或用電熱風吹干后方可裝箱。

    3.澆冒口系統的設計

    側板壁薄且較均勻,不易產生縮孔鑄造缺陷,但易產生澆不足、變形缺陷。另外,高錳鋼材質的裂紋傾向大,因此我們采用立澆方式,開設階梯式內澆口,上下兩層,并從鑄件一端處開設,這樣澆注后鋼液由下而上逐層平穩允型,可減輕鑄件局部過熱,使鑄件凝固時溫度均勻,有利于消除裂紋及防止鑄件澆注后產生變形。防止金屬液進入鑄型時產生沖擊和噴濺現象,內澆口做成變截面喇叭式,選用∑F直:∑F橫:∑F內=3:2.8:1的澆注系統,這樣就保證了在整個澆注過程中鑄型始終處于封閉的負壓下。

    在澆注過程中,由于泡沫模樣裂解產生的氣體、焦狀體、殘余渣物常浮擠至遠離澆口的鑄件頂端,因此在遠離澆道的頂端處設置了出氣、集渣冒口。

    4.裝箱及振實

    采用篩孔直徑為50/100目的干燥硅砂裝箱(見圖2),在上端敞開的砂箱里,先填入100mm厚度的底砂,然后開動震實臺,按X、Y方向的按鈕進行振實,振實時間為40~50s左右。



    刮好底砂后將模樣按規定的位置擺放在底砂上并加以穩定,然后裝100mm左右砂層,按X、Y軸方向按鈕振實一次,再安裝橫澆道和直澆道。澆注系統連接處一定要去凈涂料層,膠好并加鐵釘固定,搭接后凡模樣有漏白的地方要用涂料涂好,用電熱風吹干。當砂子埋到鑄件2/3高時,按X、Y、Z軸方向按鈕振實,將砂子裝滿后,再振動一次。

    最后將砂子刮平,覆蓋燃料布,放上澆口杯。塑料布上覆蓋20mm厚左右的=干砂,上面蓋保護鋼板,以免澆注時鐵液飛濺,損壞塑料布,破壞真空。

    5.澆注

    鋼液由0.5t中頻感應電爐熔煉,采用轉包式盛鋼桶后澆注,出鋼前要徹底進行烘烤。當達到規定的出鋼溫度(1550℃)時將鋼液從爐中倒入澆包里,并鎮靜鋼液,扒去表面浮渣,“鋼液表面上撒上保溫劑,澆注溫度控制在1450~1490℃。

    澆注前開動真空泵抽真空,將負壓控制在0.06~0.09MPa范圍內方可澆注,澆注時澆包必須對準澆口杯中心,然后進行澆注。另外,澆注過程中要注意擋渣。

    澆注方法遵循“一慢、二快、三穩”的原則。

    在澆注初期,特別是金屬液剛接觸泡沫塑料模樣的瞬間,當直澆道沒充滿或剛開始澆注時金屬液的靜壓頭小于泡沫模樣分解產物的氣體壓力時(由于模樣材料氣化會產生大量的氣體),若過快澆注易產生反噴現象,因此在澆注開始階段可采取先細流慢澆的方法,待澆注系統被金屬液允滿后再加大澆注速度,且越快越好,但以澆口杯充滿金屬液而不外溢為原則。在澆注后期,當金屬液到達模樣頂部或冒口根部時,要略需收包,應保持金屬液平穩上升,避免金屬液沖出冒口。

    澆注過程不可中斷,必須保持連續地注入金屬液,直至鑄型全部充滿。否則,就易造成塌箱現象。

    澆注后10min將負壓關閉,再過5min后打箱落砂。

    三、鑄件質量檢驗

    (1)鑄件外觀質量 將打箱落砂冷卻到室溫的鑄件,用清砂工具敲擊,螺栓孔內殘留的鎂砂粉全部脫落,經檢測,螺栓孔內表面光潔,鑄件各部位尺寸及表面粗糙度均符合圖樣要求。

    (2)鑄件內在質量 將生產出的鑄件用氣割解剖,觀察其各部分斷面,發現均無縮孔、縮松、夾渣、氣孔和砂眼等鑄造缺陷,能夠保證側板的技術要求。

    (3)鑄件金相組織和力學性能 側板采用1050℃(1.5h)水冷的水韌熱處理工藝,經觀察,鑄件金相組織為奧氏體。對力學性能進行了檢測,結果見表2,符合側板的技術要求。



    四、結語

    (1)對于側板類需進行機械加工的高錳鋼鑄件,采用消失模鑄造,生產出的鑄件尺寸精度和表面粗糙度均能保證其技術要求,簡化了生產工序,節省了加工費用,降低了制造成本。

    (2)采用消失模鑄造的高錳鋼鑄件,水韌處理后能夠保證產品的各項性能指標。

    【上一個】 造成精密鑄造出現夾砂和砂眼現象原因 【下一個】 粉末預處理與粉末冶金工藝

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