消失模生產(chǎn)制動(dòng)器殼體夾渣缺陷分析及防止措施

張杰瓊，呂樂華，郭亞輝，王云飛，李鋒軍

(1.第一拖拉機(jī)股份有限公司制造工程中心，河南洛陽(yáng) 471004；2.一拖（洛陽(yáng)）鑄鍛有限公司，河南洛陽(yáng) 471003)

1 問題提出

消失模鑄造技術(shù)因其投資小、能耗低、作業(yè)環(huán)境好、生產(chǎn)效率高、污染排放少等優(yōu)點(diǎn)，在鑄造行業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用，尤其在生產(chǎn)大批量、高精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件方面，具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。但是消失模鑄造技術(shù)同其他鑄造技術(shù)一樣，具有一定的局限性，如消失模鑄件的夾渣問題就是長(zhǎng)期以來伴隨消失模生產(chǎn)的主要問題之一。一拖（洛陽(yáng)）鑄造有限公司采用消失模生產(chǎn)批量件制動(dòng)器殼體過程中就出現(xiàn)鑄件嚴(yán)重夾渣問題，造成鑄件報(bào)廢，廢品率高達(dá)40%，由此影響生產(chǎn)進(jìn)度、增加了成本。因此，防止鑄件夾渣保證批量生產(chǎn)是降低成本的重要手段。

2 制動(dòng)器殼體夾渣情況分析及控制技術(shù)方案

2.1 夾渣情況

圖1 鑄件三維模型

制動(dòng)器殼體（如圖1 所示）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、需求量很大。材質(zhì)：HT250，重量：14.5kg，該鑄件上下端面及內(nèi)圓要求全加工，并且不允許出現(xiàn)夾渣、氣孔等缺陷，在轉(zhuǎn)為消失模生產(chǎn)后頻繁的出現(xiàn)上下端面和內(nèi)圓夾渣缺陷，導(dǎo)致報(bào)廢，廢品率高達(dá)40%左右，無(wú)形中增加了成本，嚴(yán)重影響了該鑄件消失模量產(chǎn)。

該鑄件的夾渣缺陷主要分布在上下端面及內(nèi)圓壁上，缺陷形貌不規(guī)則，內(nèi)有不明夾雜物，深度一般2mm 左右，如圖2、3 所示。

2.2 現(xiàn)行工藝及夾渣原因分析

2.2.1 現(xiàn)行工藝

圖2 端面缺陷

圖3 內(nèi)圓壁缺陷

現(xiàn)行工藝所采用的方案是經(jīng)過多次試驗(yàn)后缺陷率最低的一種，由于夾渣問題嚴(yán)重，白模材料由EPS 更換為STMMA,白模比重22～24g/L，內(nèi)澆口截面尺寸8mm×40mm，橫澆道截面30mm×45mm，直澆道?40mm×400mm，澆注溫度1480～1510℃。澆注系統(tǒng)中設(shè)置避渣網(wǎng)，消失模涂料采用高鋁系水基涂料，共施涂3 遍，涂層厚度1.2～1.5mm。其組型方案如圖4 所示。

圖4 組型方案

2.2.2 夾渣原因分析

僅僅通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、工藝調(diào)研及經(jīng)驗(yàn)不能準(zhǔn)確的判定夾雜物的成分和種類，必須通過必要的微觀檢測(cè)手段。因此項(xiàng)目組將不同批次、不同位置的缺陷進(jìn)行取樣分析，具體位置如圖2、3 標(biāo)注位置。電鏡掃描結(jié)果如圖5、6 所示。

結(jié)果顯示，夾渣部位硅、鋁、錳的含量較高，同時(shí)出現(xiàn)球形顆粒狀物質(zhì)，且其中鋁含量極高達(dá)32.36%，說明該顆粒物是鋁的化合物；另外，缺陷部位錳含量超出基體錳含量的3～5 倍。

所用涂料為高鋁系涂料，其中主要成分是Al2O3，因此可以初步推斷缺陷可能是由涂料強(qiáng)度或者耐火度不夠造成。

通過圖6 可以看出，顆粒狀物質(zhì)直徑大約在40～60μm，而涂料的骨料直徑約40～75μm，因此，顆粒狀物質(zhì)直徑大小和涂料骨料的粒度接近，進(jìn)一步印證了涂料造成缺陷的推斷。

圖5 缺陷形貌500×

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證對(duì)缺陷原因分析的是否正確，項(xiàng)目組進(jìn)行了工藝驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)分為A 組和B 組，兩組組型方式和工藝完全相同，均采用圖4 所示組型方案。不同的是A 組用另一家公司所生產(chǎn)的鑄鐵涂料，B 組涂料仍然采用原涂料。

工藝參數(shù)相同，采用同一爐鐵水澆注，始澆溫度1490℃，每組模型澆注時(shí)間均為20～23s，負(fù)壓度為-0.05MPa，保壓時(shí)間10min。

圖6 缺陷形貌1000×

試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩組共30 件毛坯均未出現(xiàn)冷隔、皺皮等缺陷。加工后發(fā)現(xiàn)，采用新涂料的鑄件18 件（A 組）中有3 件夾渣缺陷，采用原涂料的鑄件12 件（B 組）中有6 件出現(xiàn)夾渣缺陷。其中，A組中有一件缺陷形狀規(guī)則，是由于在造型過程中，澆口部分的涂料沒有清理干凈造成的缺陷（如圖7 所示），其他兩件均屬于輕微夾渣。

圖7 試驗(yàn)結(jié)果

通過上述試驗(yàn)結(jié)果，基本上可以斷定造成夾渣的主要原因是涂料中的骨料成分混入鐵水中，鑄件凝固后形成夾渣缺陷。但是，是什么原因使涂料進(jìn)入鐵水中仍然有兩個(gè)問題。第一，原涂料的耐火度不夠，承受不了1490～1510℃的高溫沖刷；第二，原工藝中澆注溫度偏高，高于常規(guī)鑄鐵涂料的耐火度。

為此，項(xiàng)目組重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，將原有的工藝進(jìn)行優(yōu)化，即在原有工藝的基礎(chǔ)上改變澆注溫度，使?jié)沧囟瓤刂圃?420℃±10℃，同樣分為A、B 兩組，A 組用新涂料，B 組仍然采用原涂料。其他工藝參數(shù)不變。

試驗(yàn)共澆注36 件毛坯，每組18 件，經(jīng)過加工A 組未發(fā)現(xiàn)缺陷，合格率100%；B 組出現(xiàn)1 件夾渣缺陷。因此，可以確定，長(zhǎng)期困擾鑄造公司的制動(dòng)器殼體缺陷是由于消失模涂料耐火度過低，不能經(jīng)受1490～1510℃的高溫沖刷引起的。

3 結(jié)論及改進(jìn)措施

通過上述分析可以得出以下結(jié)論：

（1）夾渣缺陷是由消失模涂料造成的；

（2）鑄造公司所用消失模涂料耐火度略低。

改進(jìn)措施：

（1）降低澆注溫度至1420±10℃；

（2）更換涂料，采用高品質(zhì)的消失模涂料；

（3）適當(dāng)提高泡沫珠粒的比重，白模成型時(shí)可獲得表面光潔度高，珠粒間縫隙小的模型，可以減少浸涂涂料時(shí)涂料的滲入，從而降低出現(xiàn)夾渣缺陷的可能性。