■■王清宇

鋁鐵青銅襯套鑄造工藝改進(jìn)

■■王清宇

1. 產(chǎn)品概述

鋁青銅由于具有極高的耐蝕性能和可與鋼相媲美的強(qiáng)度和韌性，且致密性高，因而得到了迅速的發(fā)展，常用于鑄造在高壓、重載條件下工作的重要閥門、銅瓦、軸套等零件，現(xiàn)在已成為應(yīng)用極廣泛的銅合金。

襯套是球閥機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，加工后為典型的細(xì)長圓筒件，內(nèi)徑140mm，外徑165mm，帶夾頭外徑175mm，主要壁厚為12.5mm，長度為492mm，如圖1所示。

2. 鑄件問題及工藝分析

襯套鑄件材質(zhì)為鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3，第一批生產(chǎn)的鑄件精加工后內(nèi)圓出現(xiàn)夾渣、縮松等缺陷。鑄件為底返雨淋式澆注系統(tǒng)砂型鑄造，初步分析為軸線縮松和金屬液夾渣。鑄造工藝模擬和缺陷產(chǎn)生位置如圖2、圖3所示。

為解決此類問題，需增大冒口及向下延伸的冒口補(bǔ)貼或?qū)?nèi)孔鑄死，但此方法使金屬增加量和機(jī)械加工量過大，影響零件生產(chǎn)周期，增加生產(chǎn)成本。

圖1　襯套

圖2　襯套鑄造模擬結(jié)果

經(jīng)過鑄件缺陷和鑄造工藝分析，決定改用離心鑄造工藝生產(chǎn)襯套鑄件。

3. 熔煉、澆注工藝

鑄件成分是性能的保證，為了控制鑄件成分，實(shí)時進(jìn)行爐前的檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，及時調(diào)整合金液的化學(xué)成分。

（1）熔爐、工具要求 采用坩堝爐進(jìn)行熔煉合金液，新坩堝用前必須經(jīng)過嚴(yán)格烘烤。熔煉過其他銅合金的熔爐一般不得使用，必要時經(jīng)過洗爐后方可使用。熔煉工具使用前應(yīng)刷專用涂料預(yù)熱烘干后方可使用。修砌好的澆包，必須經(jīng)過700℃以上的烘烤、預(yù)熱。

（2）熔煉過程控制 將銅（T2）、回爐料同時裝入爐中，快速熔化，嚴(yán)防吸氣。銅液溫度達(dá)1150～1200℃時，加入預(yù)熱好的鋁鐵中間合金。加入時應(yīng)把鋁鐵中間合金壓入銅液內(nèi)，進(jìn)行攪拌助熔，防止表面熔化吸氣和拖長處理時間。然后加入鋁，壓入銅液內(nèi)仔細(xì)上下攪拌防止偏析。用鐘罩壓入脫水ZnCl2除氣精煉。仔細(xì)攪拌。爐前檢驗(yàn)合格后，除凈浮渣，出爐澆注。

4. 離心澆注

離心澆注工藝可以提高鑄件的冷卻速度和金屬的利用率。在加強(qiáng)合金液精煉除氣、提高合金液純凈度的情況下，離心鑄造可以加強(qiáng)合金液的冷卻，同時在離心力場的作用下，使合金液中的氧化夾渣浮于鑄件的內(nèi)表面，實(shí)現(xiàn)鑄件定向凝固控制。通過加大內(nèi)圓的加工余量的方法可以去除浮于鑄件內(nèi)表面的氧化夾渣，保證鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，到達(dá)產(chǎn)品的要求。

（1）離心鑄造模具設(shè)計(jì) 根據(jù)現(xiàn)有的離心澆注機(jī)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，由于本產(chǎn)品為細(xì)長筒形鑄件，零件本身長度加上加工時的工藝夾頭，鑄件長度達(dá)到550mm左右。需加長原有離心澆注機(jī)外模長度，同時設(shè)計(jì)專用的模具外端蓋。

為了提高模具的通用性和系列模塊化，模具采用了通用外模加專用內(nèi)模的設(shè)計(jì)思想，在保證模具的激冷能力、蓄熱能力的前提下，使模具又有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證模具的壽命和正常使用過程的防變形能力。因此，在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用整體減重和局部加強(qiáng)的設(shè)計(jì)，減輕了模具的總重量，降低了主軸的總負(fù)載。

（2）離心澆注工藝 按照工藝要求進(jìn)行模具的組裝、調(diào)試和預(yù)熱。熔煉應(yīng)與離心機(jī)配合好，做到及時澆注，并酌情調(diào)整成分。澆注原則本著先快后慢的方式。澆注終了到停機(jī)是鑄件的冷卻過程，為防止早脫模造成變形，要冷卻到鑄件表面呈暗黑紅色（600℃左右）才能停機(jī)、脫模。

對于襯套鑄件要想獲得良好的鑄件質(zhì)量，在選擇合適澆注工具的同時，選擇合適的澆注溫度、澆注速度、離心轉(zhuǎn)速和模具溫度至關(guān)重要。澆注初期模具溫度低、澆注速度慢、離心轉(zhuǎn)速高，易產(chǎn)生外圓冷隔、夾渣、重皮缺陷；澆注過程中澆注速度慢、離心轉(zhuǎn)速低，易產(chǎn)生內(nèi)圓夾渣、氣孔缺陷。

5. 粗加工工藝

為及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量問題，驗(yàn)證工藝的可行性，我們對襯套鑄件進(jìn)行粗加工。粗加工時，圓筒單面留量3mm；長度方向留量30mm（帶加工夾頭）。

由于是細(xì)長筒形鑄件，因此內(nèi)孔加工較為困難，一般車刀無法勝任，刀桿短無法加工到鑄件內(nèi)部，刀桿長則發(fā)顫，加工表面質(zhì)量不佳。為此專門制作了加工內(nèi)孔使用的專用刀桿，在保證刀桿長度的同時保證刀桿的強(qiáng)度和剛度，以保證鑄件內(nèi)孔的加工質(zhì)量，以便及時、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和判斷內(nèi)孔的鑄造質(zhì)量。

6. 應(yīng)用效果

應(yīng)用離心鑄造工藝生產(chǎn)了10件襯套，經(jīng)過粗加工后，轉(zhuǎn)下序精加工、裝機(jī)，效果良好，成功克服了原來存在的鑄造缺陷。

圖3　襯套精加工缺陷位置

王清宇，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，高級工程師，從事有色合金與特種鑄造工藝設(shè)計(jì)、研究及實(shí)體設(shè)計(jì)、鑄造計(jì)算機(jī)模擬工作。