常州蘭翔機(jī)械有限責(zé)任公司 (江蘇 213022) 黃 凱
我公司接到某型號(hào)機(jī)用外形呈S形中空耐高壓的不銹鋼油管研制任務(wù),油管零件實(shí)物如圖1所示。彎管外徑為22mm,內(nèi)徑為16.5mm,壁厚公差±0.20mm,油壓試驗(yàn)壓力≥6MPa。材質(zhì)為ZG12Cr18Ni9Ti。
圖1
首先,熔模精密鑄造工藝可以很好地保證鑄件的幾何尺寸,很大程度上可以避免砂型鑄造工藝中由于型芯偏心導(dǎo)致的壁厚不均勻,難以通過油壓試驗(yàn)的問題;其次,熔模精密鑄造工藝的紅殼澆注有利于提高產(chǎn)品表面質(zhì)量,改善產(chǎn)品使用性能;再次,熔模精密鑄造工藝有利于減少砂型鑄造工藝所產(chǎn)生的缺肉、皮下氣孔等常見鑄造缺陷。我們通過數(shù)次試驗(yàn)最終成功獲得了具有光滑內(nèi)腔且形狀復(fù)雜的S形中空耐高壓油管鑄件,同時(shí)也為鑄造具有一定幾何尺寸空腔的復(fù)雜空心鑄件提供了更為高效、低成本、質(zhì)優(yōu)的鑄造新工藝。
(1)陶瓷型芯工藝 陶瓷型芯是以耐火材料與礦化劑、增塑劑混合后,在專用的壓力機(jī)上壓制成形,并經(jīng)高溫焙燒而成。
制芯工藝:基體材料準(zhǔn)備→配制陶瓷漿料(增塑劑、礦化劑)→壓制型芯→型芯坯體修整→造型→焙燒→強(qiáng)化(強(qiáng)化劑)→修理型芯→檢驗(yàn)待用。
壓制好此類型芯后,去除毛刺,放在玻璃鐘罩中待用。該鐘罩為Ⅰ號(hào)型芯。
(2)易脫落型芯工藝 ①制芯工藝(灌倒尿素型芯)。模具型腔表面涂脫模劑→熔化尿素→澆注→取出型芯→修理型芯。②壓制尿素型芯的工藝參數(shù)。尿素為無色透明結(jié)晶或白色透明結(jié)晶晶粒,無肉眼可見的機(jī)械雜質(zhì)。NH2CONH2含量不少于99.5%,干燥失重不大于0.02%。
注意事項(xiàng)和參數(shù)如下:
將重熔尿素和新尿素搭配放入坩堝內(nèi)加熱,溫度不超過140℃,為了使整個(gè)尿素熔化比較均勻,要不斷地?cái)嚢琛?/p>
澆注溫度:(130±4)℃。
模溫:40~100℃。
澆注速度:12~24s。
模具表面必須涂硅油作為脫模劑。
壓制好此類型芯后,去除毛刺,放在玻璃鐘罩中待用。該鐘罩為Ⅱ號(hào)型芯。
(1)壓制蠟?zāi)9に噮?shù) 室溫20~24℃,壓射蠟溫50~55℃,壓射壓力0.2~0.4MPa,保壓時(shí)間35s,冷卻水溫度(25±3)℃。
(2)操作程序 ①從保溫槽中取出蠟缸,裝在雙工位液壓蠟?zāi)鸿T機(jī)上,使用前應(yīng)去除蠟料中空氣及硬蠟。②將模具放在壓鑄機(jī)工作臺(tái)面上定位,檢查模具開合是否順利,模具注蠟口與壓鑄機(jī)射蠟嘴是否對(duì)正。③打開模具,噴薄薄一層分型劑,再把準(zhǔn)備好的型芯裝入模具,然后合模。④按照技術(shù)規(guī)定調(diào)整壓鑄機(jī)工藝參數(shù),包括壓射壓力、壓射溫度、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間等。切記要把Ⅰ、Ⅱ號(hào)型芯的蠟?zāi)7珠_放(其中含有Ⅱ號(hào)型芯的蠟?zāi)褐仆瓿珊罅⒓捶湃肓鲃?dòng)的冷卻水中使尿素芯融化去除尿素芯)。
(1)修理蠟?zāi)9に噮?shù) 室溫20~24℃,修模前蠟?zāi)lo置時(shí)間5~6h。
(2)操作程序 ①取已靜置5~6h并對(duì)重要尺寸已進(jìn)行檢測(cè)合格的蠟?zāi)?。②檢查這些蠟?zāi)S袩o缺陷,有缺陷的應(yīng)剔除。③去除蠟?zāi)I系臍埩麸w邊或分模線,不得損傷蠟?zāi)?,?duì)小飛邊也可直接用布擦除。④蠟?zāi)0继幮迯?fù),蠟?zāi)I嫌写蠖M長(zhǎng)的凹處應(yīng)用修補(bǔ)蠟修復(fù),修后表面要平整。⑤修補(bǔ)蠟?zāi)I纤械臍馀荼仨毺羝?,用修補(bǔ)蠟修復(fù),修后形狀要正確。⑥用吸有三氯乙烯的棉花輕柔地擦拭流痕處,以去除流痕,注意不要傷及蠟?zāi)1旧怼"哂妹藜喕蛭腥纫蚁┑拿藁ㄝp柔地擦去蠟?zāi)S臀奂罢从械南炐?。⑧修好的蠟?zāi)?yīng)按要求放在存放盤中送模組焊接處待用。⑨在蠟?zāi)=M合連接處刻上前面型芯相對(duì)應(yīng)的標(biāo)記號(hào)。
工藝參數(shù):室溫20~24℃,焊后蠟?zāi)ig距≥5mm。
操作程序如下:
(1)對(duì)所有蠟?zāi)T俅芜M(jìn)行目視檢查,剔除不合格品 (其中為Ⅲ號(hào)的暫時(shí)不進(jìn)行組合) 。
(2)按鑄件工藝卡規(guī)定選擇澆口種類。
(3)對(duì)澆道蠟?zāi)_M(jìn)行嚴(yán)格檢查,剔除變形、空心和螺母未上到位者。對(duì)有氣泡和裂縫尚能用的澆道蠟?zāi)S美予F和修補(bǔ)蠟補(bǔ)好、焊嚴(yán)。
(4)澆口杯上掛鉤蓋板前,務(wù)必將蓋板上的涂料漿、砂粒清除干凈。上蓋板后,用焊刀將蓋板與澆道間縫隙焊嚴(yán),并在澆口杯外側(cè)面打上鋼號(hào)。
(5)用鉻鐵將蠟?zāi)?nèi)澆道處加熱后焊在澆道上,焊接處要牢固、整齊,不得有縫隙。注意烙鐵不得觸及蠟?zāi)1砻?,蠟液不得流到蠟?zāi)I稀?/p>
(6)蠟?zāi)ig要保持適當(dāng)間距,一般≥9mm,以保證制殼后兩蠟?zāi)らg隙5mm。
(7)組好的模組必須用壓縮空氣吹掉其上的蠟屑。
工藝參數(shù):將清洗后干燥靜置45min以上的模組進(jìn)行制殼,參數(shù)見附表。
制殼參數(shù)表
含有Ⅰ號(hào)型芯的蠟?zāi)0匆陨瞎に囘M(jìn)行制殼,注意區(qū)分型芯種類。
Ⅱ號(hào)型芯蠟?zāi)5闹茪すに嚾缦拢?/p>
(1)待型芯完全融化后取出晾干,蠟?zāi)8赏负?,在蠟?zāi)1砻嫱可辖駝?70-HK-RS。
(2)把蠟?zāi)=?70-HK-TL耐火涂料中,注意使其表面充分涂掛均勻,然后放在常溫常壓下進(jìn)行自然晾干,時(shí)間不少于10h(溫度20~24℃,相對(duì)濕度40%~60%)。
(3)重復(fù)(2)工序3次。
(4)在以上蠟?zāi)5闹锌詹课惶畛鋵S玫?70-HK-TL-2耐火材料(主體為粒度0.054~0.18mm的剛玉砂)以提高型芯強(qiáng)度。
工藝參數(shù):脫蠟最大壓力0.75MPa,脫蠟溫度170℃,達(dá)到0.56MPa壓力時(shí)間≤14s,脫蠟時(shí)間10min。
工藝參數(shù):第一次焙燒溫度900~950℃,焙燒時(shí)間45min;待模殼出爐冷卻后清洗模殼,去除模殼內(nèi)殘留物;檢查模殼,修補(bǔ)模殼裂紋等缺陷。第二次焙燒溫度850~900℃,焙燒時(shí)間30min。
工藝參數(shù):熔化溫度1700~1750℃,澆注溫度1650~1680℃,澆注時(shí)間6~8s。
采取機(jī)械方法振殼,采用Ⅱ號(hào)型芯的鑄件可以很輕松地振出型芯。由于型腔比較復(fù)雜,采用Ⅰ號(hào)型芯的鑄件的型芯很難振出,最終只能采取堿煮的化學(xué)處理方法,堿煮時(shí)間約50h。
傳統(tǒng)的陶瓷型芯工藝雖然通用性比較高,對(duì)于要求較高的高溫合金、耐蝕合金鋼等鑄件均可以采用此工藝。由于清除型芯需要采取堿煮的化學(xué)處理方法,對(duì)于普通的結(jié)構(gòu)鋼、有色合金及表面存在部分缺陷的鑄件會(huì)加劇表面化學(xué)腐蝕,不利于產(chǎn)品可靠性,堿煮過程甚至可能造成零件報(bào)廢;另外,陶瓷型芯的制作需要專業(yè)的設(shè)備,原材料價(jià)格比也較高,制作工藝十分復(fù)雜,周期相對(duì)比較長(zhǎng),效率也不是很高。
相對(duì)而言,易脫落型芯工藝較傳統(tǒng)的陶瓷型芯工藝具有操作簡(jiǎn)單,成本低廉,以及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),只要空腔幾何尺寸達(dá)到一定要求的鑄件均可采用,應(yīng)用范圍廣,在大多數(shù)領(lǐng)域可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陶瓷型芯工藝。隨后我們把此工藝又應(yīng)用到公司研制的某起動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器空心葉片(見圖2)精密鑄件工藝中,通過試驗(yàn)也獲得了成功。
圖2
對(duì)于內(nèi)腔形狀復(fù)雜的油管,通過采用易脫落型芯的熔模精密鑄造工藝,產(chǎn)品合格率達(dá)到95%以上,獲得了較為滿意的結(jié)果。為此,我們還將該工藝應(yīng)用在軍工領(lǐng)域,也獲得了成功,為以后此類鑄件的精密鑄造工藝的研制與生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。