沖壓機床機座的消失模鑄造

高成勛，李宇超

（鄭州市宇超機械制造有限公司，河南 鄭州 450000）

消失模鑄造經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，消失模鑄造技術(shù)的工藝逐步步入成熟階段，近十幾年的廣泛推廣和發(fā)展，其生產(chǎn)的產(chǎn)品由簡單的鑄件發(fā)展到可以生產(chǎn)形狀非常復(fù)雜的，材質(zhì)種類越來越多的鑄件。

2010年鄭州市宇超機械制造有限公司在市場競爭激烈，原輔材料價格上漲，對沖壓機床機座鑄件生產(chǎn)尋找一個較砂型鑄造工藝成本更低的工藝來提高沖壓機床機座的利潤空間，顯得極其重要。

沖壓機床機座鑄件生產(chǎn)采用消失模鑄造工藝替代砂型鑄造工藝有許多優(yōu)點。

1）消失模鑄造可以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)的要求；

2）消失模鑄造比砂型鑄造的成本更低，提高了鑄件產(chǎn)品的附加值；

3）消失模生產(chǎn)的沖壓機床機座鑄件，無論外觀，質(zhì)量還是內(nèi)在質(zhì)量都能達到使用要求；

4）沖壓機床機座市場很大，需求量大，有很大的生存空間。

總之，消失模鑄造生產(chǎn)的沖壓機床機座件是沖壓機床鑄件發(fā)展的一種方向。

1 鑄件的特點和難點

1.1 沖壓機床機座鑄件結(jié)構(gòu)

沖壓機床機座鑄件結(jié)構(gòu)如圖1，其規(guī)格有35 t、50t、63 t、80t、100t、125 t等沖壓機床鑄件材質(zhì)為HT150或 HT200，鑄件質(zhì)量分別是 1.1t、1.6 t、2.4 t、3.2t、4.5 t、5 t。鑄件的表面粗糙和光潔度要好，其尺寸公差等級10～12級，鑄件質(zhì)量公差9～11級。

圖1 沖壓機床機座鑄件結(jié)構(gòu)圖

1.2 工藝難點

該鑄件雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是壁厚比較厚大，表面質(zhì)量要求高，并需要加工部位不能有缺陷并且鑄件需要做沖擊試驗，同時該鑄件壁厚差大，鑄件壁厚差有的地方超過100mm。

2 泡沫質(zhì)量的控制

2.1 泡沫原材料選擇

模樣材料和密度直接影響最終鑄件的質(zhì)量。珠粒材料的選擇和發(fā)泡板材質(zhì)量的控制是保證模樣質(zhì)量的關(guān)鍵，模樣含碳量越高，密度越大，分解后的碳化物越多，容易產(chǎn)生冷隔、夾渣、氣孔等缺陷。在試驗中，模樣原材料選用適當(dāng)粒度的EPS泡沫板材，發(fā)泡密度控制在20g/L～22g/L。

2.2 泡沫板材成型控制

成形工藝是獲得優(yōu)質(zhì)模樣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。泡沫板材成型過程中，要求泡沫廠家特制生產(chǎn)的板材。要求不能出現(xiàn)夾生和過燒。要求成型出來的板材表面珠粒均勻和表面光潔。嚴(yán)格控制泡沫板材質(zhì)量。

3 模樣和澆冒口組合及尺寸控制

澆注系統(tǒng)設(shè)計是否合理也是消失模工藝鑄造沖壓機床機座鑄件的關(guān)鍵因素。沖壓機床機座澆注系統(tǒng)設(shè)計有底注、階梯注及側(cè)注等多種澆注方式，應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點進行合理的選擇和設(shè)計。沖壓機床機座澆注系統(tǒng)的截面積較其他鑄造工藝的澆注系統(tǒng)截面積大。且內(nèi)澆道一般設(shè)在鑄件壁厚處的位置，以保證加壓時的補縮效果。

根據(jù)消失模鑄造的特點，澆注金屬液容易產(chǎn)生紊亂，沖壓機床機座尺寸大且金屬液在充型最遠部位往往易出現(xiàn)澆不足或冷隔。為保證鑄件不出現(xiàn)缺陷，應(yīng)適當(dāng)提高澆注溫度，加大澆口截面積以及金屬壓頭高度。根據(jù)沖壓機床機座的結(jié)構(gòu)特點，為避免壁厚處出現(xiàn)疏松缺陷，澆注系統(tǒng)采用底注式，內(nèi)澆道設(shè)在兩個立板內(nèi)側(cè)面壁厚較厚的地方位置，截面尺寸為160mm×20mm兩道，橫澆道及輔助澆道截面尺寸為100mm×15mm，直澆道截面尺寸為φ70mm，其模樣如圖2所示。

圖2 模樣示意圖

4 涂料質(zhì)量控制

4.1 涂料性能要求

涂料一般由耐火骨料、黏結(jié)劑、懸浮劑和附加物等組成。選用不同配方和組分以及各種組成物的比例對涂料性能影響很大，涂料的性能直接關(guān)系到鑄件的質(zhì)量。一方面，涂層具有一定的強度和耐火度，加壓時涂料層將高溫不銹鋼液與干砂有效地隔離，從而防止金屬液滲入干砂中形成粘砂。另一方面，涂層具有良好的透氣性，以便加壓時泡沫模樣汽化的殘余氣體能有效的順利的排出，避免滲入高溫的鐵液而產(chǎn)生氣孔、疏松等鑄造缺陷。當(dāng)然，涂料的透氣性并不是越高越好，過高會造成加壓后鑄件表面產(chǎn)生凸起點，嚴(yán)重時會造成鐵液逸出滲入干砂中，使鑄件無法清理，導(dǎo)致鑄件報廢。

涂料層的透氣性與涂料組分和涂層的厚度有關(guān)。控制涂層的厚度關(guān)鍵是控制涂料的黏稠度和涂掛次數(shù)。所以應(yīng)選擇無機和有機黏結(jié)劑的種類及加入量，配制有較高強度和較高涂覆性能的涂料。首先至少高速攪拌120min，后低速攪拌。為了得到均勻的涂層，保證涂層不滴不流，應(yīng)在24 h內(nèi)不間斷攪拌使用。

4.2 涂料烘干工藝

消失模烘房應(yīng)該具備良好的通風(fēng)、加熱系統(tǒng)和保濕功能，能滿足模樣和涂料層的徹底烘干。烘房的溫度控制在45℃～50℃間，烘干時間與泡沫模樣的主要壁厚有關(guān)，薄壁泡沫模樣烘干時間大于24 h，厚壁泡沫模樣要達到48 h～96 h方能完全烘干。如果模樣不干透，在澆注時易造成發(fā)氣量增大而使?jié)沧⒎磭姡硅T件產(chǎn)生氣孔、冷隔等缺陷而報廢。

模樣在烘干過程中，除溫度控制外，還應(yīng)注意控制濕度，在烘房設(shè)置通風(fēng)設(shè)備，控制濕度不大于30%。烘干過程模樣需要合理的放置和支撐，防止模樣變形。干燥后的模樣在造型前應(yīng)放置在濕度小的地方，以防吸潮。

5 澆注區(qū)工藝控制

5.1 振動造型

造型是澆注前的重要工藝環(huán)節(jié)。消失模鑄造用砂選用的是無粘結(jié)劑的干砂，具有良好的流動性、透氣性和耐火性，容易流入鑄件模樣的內(nèi)部型腔，使?jié)沧a(chǎn)生的殘余物順利溢出，同時還能夠抵抗金屬液滲入并為泡沫模樣提供支撐。生產(chǎn)中選用40-70目的海砂，粒形以圓形為主。在砂箱中安放模樣時，應(yīng)保證模樣離砂箱底部及四周最小吃砂量在250mm以上。加砂造型采用邊加砂并振動，直至加滿到澆口杯的位置，振動電機的頻率調(diào)至30Hz～50Hz。

5.2 負壓澆注

沖壓機床機座鑄件采用中頻電爐熔化鐵液其質(zhì)量優(yōu)于沖天爐熔化鐵液；其溫度和成分容易控制；消失模鑄造。

在澆注前，通過抽負壓可使干砂形成一定的強度，生產(chǎn)中砂箱內(nèi)真空度調(diào)到0.60MPa～0.65 MPa。澆注時澆包應(yīng)盡量靠近澆口杯，以相距100mm為宜，充型應(yīng)平穩(wěn)而不斷流。液流不能直接沖刷澆口杯根部，需要經(jīng)過緩沖堤而平穩(wěn)地進入到直澆道。在澆注過程中，澆口杯應(yīng)保持充滿狀態(tài)并防止液體擾動，澆注速度應(yīng)稍慢并保持勻速，防止急流產(chǎn)生紊流。

5.3 保壓工藝

澆注完畢后，將砂箱在規(guī)定的時間內(nèi)保持一定的負壓，即保壓。保壓時間要考慮鐵液中氣體在負壓狀態(tài)下逸出的時間。如果過早卸壓，鐵液未徹底凝固情況下即卸壓，會有鐵液中剩余氣體殘留在鑄件中，所以等鐵液凝固后即可卸壓。此外，保壓時間主要取決于鑄件的厚度，在保證成型和結(jié)晶凝固的條件下，保壓時間以短為好。但是保壓時間過短，則鑄件內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔和縮松，如果時間過長增加了變形抗力，容易出現(xiàn)開裂；導(dǎo)致鑄件報廢，一般控制在 10min～15 min。

6 鑄件質(zhì)量檢測

沖壓機床機座鑄件需要在鑄件本體上取試樣進行理化分析，特別是沖擊強度分析；其表面質(zhì)量，尺寸精度，位置公差，表面粗糙度等都符合鑄件的技術(shù)要求。圖3為沖壓機床機座鑄件毛坯。

圖3 沖壓機床機座鑄件毛坯

7 總 結(jié)

1）通過采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)沖壓機床機座鑄件可以獲得比砂型鑄造工藝生產(chǎn)沖壓機床機座鑄件更經(jīng)濟實惠的鑄件；

2）采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)沖壓機床機座鑄件提高了勞動生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，更加具備市場競爭能力；

3）根據(jù)沖壓機床機座鑄件的鑄造特點，嚴(yán)格結(jié)合消失模鑄造的特性，充分分析生產(chǎn)過程可能發(fā)生的各個缺陷，在試驗過程中逐一解決，經(jīng)過一個多月試生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高和改進；對消失模鑄造工藝生產(chǎn)大型鑄件又有了新的認識和見解。

［1］黃乃瑜，葉升平，樊自由.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版，2004.

［2］崔春芳，鄧宏運，趙 琦.消失模鑄造技術(shù)及應(yīng)用實例［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.