2901-3過濾器殼體的工藝改進

朱宏學，陳進軍，黃　斌

(大冶有色機電設備修造有限公司，湖北黃石 435000)

2901－3過濾器殼體是大冶有色金屬集團冶煉廠所使用設備上的一個重要鑄件，由筆者所在公司生產。圖紙要求鑄件在法蘭端面加工后于交付前必須用端蓋封閉兩端法蘭通過高壓水密試驗：10個標準大氣壓，高壓持續10分鐘。公司鑄造車間前期造型工藝采用的是過濾器殼體橫臥的澆注位置，生產的該型3個過濾器殼體不能達到技術要求，甚至在達到10個標準大氣壓前的升壓階段就開始滲漏。這樣鑄件沒法達到交貨標準，如不及時解決將嚴重影響交貨期的執行。

經過與相關技術人員商討，確定將過濾器殼體工藝改為豎立澆注位置、全刮板車板造型制芯、階梯澆注的方式，取得了預期的良好效果。

圖1　鑄件輪廓圖

1　技術要求

鑄件的輪廓圖如圖1所示，主要技術要求如下：

（1）HT200材質，鑄件凈重490kg，壁厚在20mm（殼體）～30mm（法蘭）之間；

（2）鑄件不得有裂紋、氣孔、縮孔、夾渣、砂眼等影響質量及使用性能的缺陷；

（3）不加工表面尺寸精度按ZBT04006；

（4）將鑄件緩慢加熱到500～550℃保溫3小時，隨爐緩冷至150～200℃出爐空冷，進行消除內應力退火[1]；

（5）鑄件法蘭端面加工后必須通過10個標準大氣壓、持續10分鐘的高壓水密試驗。

2　工藝方案及參數

原定鑄型圖如圖2所示。外型采用實樣造型，砂芯采用板式半刮，兩端法蘭加工余量各10mm，法蘭背面工藝補正量各2mm，鑄件重量約530kg，工藝出品率85%。

圖2　原來的鑄型示意圖

熔煉爐采用3T熱風沖天爐；1420～1450℃出鐵、鎮溫，澆注溫度 1320～1350℃。

圖3　滲漏部位相對位置圖

3　檢測結果

3.1　主要問題

首件在加壓到6個標準大氣壓時在殼體最大直徑?600mm的某些部位已經開始潮濕，隨著壓力向10個標準大氣壓增加，這些地方出現水滴直至發生噴射泄壓停機。

第二件加壓到10個標準大氣壓持續5分鐘時開始在最大直徑?600mm的某些部位出現潮濕，接著這些地方出現水滴，達到8分鐘發生噴射而泄壓停機。

第三件加壓到10個標準大氣壓持續7分鐘時開始在最大直徑?600mm的某些部位出現潮濕，接著這些地方出現水滴，達到9分鐘發生噴射而泄壓停機。

經觀察發現，上述三件發生滲（泄）漏的部位均發生在澆注位置最大直徑?600mm的上部，呈點線條狀分布，如圖3中A所指示區域。

尺寸檢測顯示澆注位置最大直徑?600mm的上部壁厚在18mm～20mm，最薄處15mm；對應下部壁厚20mm～22mm，最厚處25mm。

其余各項檢測指標均合格。

4　問題分析

筆者接到改進任務后，主要圍繞解決高壓滲（泄）漏，兼顧均勻壁厚進行了細致分析。

（1）按照圖2殼體橫臥澆注位置方案，鐵水充型過程?600mm的上部無疑是最后充型的部位，雖然此處設置有數個出氣口，但不足以排除澆注帶入和產生的渣氣，以及砂芯在澆注過程產生的未通過砂芯兩端出氣孔排出的氣體。

繼續按照殼體橫臥澆注位置在頂部開設數個排氣集渣冒口，澆注系統為分型面中注，鐵水將經過中薄壁再進入冒口，不符合有利于除氣排渣的順序凝固，而且冒口根部容易產生熱節疏松，去除冒口可能導致鑄件掉肉，對打磨質量也有較高要求。所以設置排氣集渣冒口不合適。

（2）壁厚懸殊雖然在允許范圍內，但如果繼續按照橫臥澆注位置，這無疑會加劇滲（泄）漏。

模型尺寸和造型中檢記錄均為合格，產生前敘尺寸差異應為砂芯在澆注過程中有一定程度上浮和向上撓曲變形。將現有芯頭間隙2mm去掉會增加合箱過程壓潰砂型的風險，而且對減小壁厚差意義不大；增長定位芯頭的長度受到砂箱尺寸的制約；在半實半刮的實樣芯盒部分做出反變形量，但不規則的變形量和需要得到光滑均勻的內表面，對模型制作修改要求過高。

（3）分析整個鑄件結構，確認兩端法蘭為次要部位，而非加工的殼體回轉面是重要工作部位。這與常規的加工面通常比較重要有區別。

5　方案改進

從以上分析得出在殼體橫臥澆注位置的前提下，要解決上部渣氣孔的問題以及頂部(偏薄)與底部(偏厚)壁厚懸殊問題存在很大困難，必須另辟蹊徑。

（1）考慮將澆注位置改為圖4所示的殼體豎立澆注方式，這樣就將重要的殼體壁作為主要工作面放在了側面[2]，配合澆注系統形成由下至上的順序凝固有利于渣氣的上浮去除。

（2）砂型采用兩塊刮板制作，采取車板制作臺芯，轉軸取出后作為砂芯排氣孔，合箱過程中在圓周每120°（共三處）調整徑向壁厚，控制在（20±1）mm；改原來的中注式澆注系統為底-中-上三級階梯澆注系統；在?500mm法蘭邊沿等距離設置3個排氣集渣壓邊冒口。

（3）鑄件出品率83%，其余工藝參數不變。

圖4　改進后的鑄型示意圖

6　方案驗證

按照改進方案試制了一件，鑄件毛坯和加工件均通過各項檢測，隨后又連續生產了三件均合格。其中：在高壓密封試驗中，升壓和保壓規定的壓強和時間范圍內，?600mm圓周均未出現潮濕、水滴和噴射現象；抽檢?600mm各處壁厚，均在（20±1）mm范圍內；?500mm、?800mm法蘭端面加工后均無渣眼氣孔。

7　結論

（1）對于帶法蘭的管套類鑄件，圖2所示澆注位置是砂型鑄造最常見的形式，但它主要適合套壁沒有特殊要求的情況，這時候法蘭的（加工）質量應首要考慮；對于有特殊要求（例如：高壓水密試驗），特別是變徑管套的最大管徑處于中間位置，這時候管套壁就成為主要工作面，它的質量必須首先解決再兼顧法蘭，采用圖4所示澆注位置更加適宜[2]。

（2）對于管徑較小和長徑比較大管套類鑄件，砂型鑄造通常采用圖2所示澆注位置，而對于管徑較大和長徑比較小的管套類鑄件采用圖4所示澆注位置可以方便造型制芯、減少鑄件壁厚變動和提高鑄件內在致密性。

參考文獻：

[1] 崔忠圻.金屬學與熱處理 [M].北京:機械工業出版社，1988:395-396.