王建英

(許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000)

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精加工中鑄造缺陷的修復(fù)研究

王建英

(許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000)

由于缺少高靈敏度的X光探傷設(shè)備，鑄件粗加工去除余量有限，致使精加工中經(jīng)常遇到小孔內(nèi)有氣孔、夾砂和裂紋等鑄造缺陷,給產(chǎn)品質(zhì)量控制帶來(lái)很大威脅。針對(duì)精加工中發(fā)現(xiàn)的對(duì)零件強(qiáng)度和精度影響不大的鑄造缺陷，包括非滑動(dòng)面上小范圍分布的氣孔、夾渣等缺陷；零件因錯(cuò)箱、收縮等缺陷導(dǎo)致個(gè)別孔位無(wú)法正確加工；非加工方框和槽轉(zhuǎn)角處的單一裂紋等進(jìn)行了修復(fù)研究，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、保證生產(chǎn)進(jìn)度和降低成本有重要的意義。

精加工；鑄造缺陷；補(bǔ)救措施

1 鑄造缺陷簡(jiǎn)介

鑄造缺陷是指在鑄件的生產(chǎn)過(guò)程中，因受鑄件材質(zhì)、零件結(jié)構(gòu)、型砂類型、合箱方式、澆注方式和環(huán)境等方面的影響，在鑄件內(nèi)部和表面形成了氣孔、夾渣、夾砂、裂紋、變形、收縮、錯(cuò)箱等影響鑄件內(nèi)在和外觀質(zhì)量的現(xiàn)象[1]。

鑄造箱體和機(jī)座類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量和體積較大，精度要求高，且其不均勻性大，局部變薄、增厚的現(xiàn)象比較普遍，并受單件、小批量生產(chǎn)模式的限制，使鑄造缺陷發(fā)生頻率較高。目前，對(duì)毛坯和粗加工階段的鑄造缺陷的處理相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，主要是對(duì)缺陷部位進(jìn)行破除、清理，然后根據(jù)不同的鑄件材質(zhì)和缺陷部位選擇合適的方式進(jìn)行焊補(bǔ)，必要時(shí)輔以適當(dāng)?shù)臒崽幚砉ば蛳龖?yīng)力、降低焊縫硬度以及修正鑄件變形；而流入精加工工序的鑄造缺陷的處理難度會(huì)明顯加大，由于鑄件缺陷的不確定性以及焊補(bǔ)過(guò)程中大量熱量會(huì)引起相關(guān)已加工部位產(chǎn)生變形，越到最后工序，可選擇的補(bǔ)救措施也會(huì)越小。本文針對(duì)精加工中發(fā)現(xiàn)的對(duì)零件強(qiáng)度和精度影響不大的鑄造缺陷的修復(fù)進(jìn)行研究。

2 鑄造缺陷的修復(fù)

精加工中發(fā)現(xiàn)的對(duì)零件強(qiáng)度和精度影響不大的鑄造缺陷主要有如下幾個(gè)方面：1)非滑動(dòng)面上小范圍分布的氣孔、夾渣等缺陷，包括零件基準(zhǔn)面、定位面以及較大的定位孔內(nèi)部，但不影響零件尺寸和幾何公差的；2)零件因錯(cuò)箱、收縮等缺陷導(dǎo)致個(gè)別孔位無(wú)法正確加工，具體表現(xiàn)為位于鑄件邊緣和非加工方框邊緣的孔因材料不足而出現(xiàn)半孔，甚至完全鉆不上，以單孔居多，2個(gè)以上的組孔也較為常見(jiàn)；3)非加工方框和槽轉(zhuǎn)角處的單一裂紋。

本文分別以灰口鑄鐵和鑄造鋁合金為主進(jìn)行討論。

2.1 非滑動(dòng)面上小范圍分布的氣孔、夾渣類缺陷

由于此類缺陷不影響其他部位的正常加工，以前主要用油漆膩?zhàn)雍驼辰Y(jié)劑進(jìn)行填補(bǔ)、砂光，處理后填補(bǔ)部位強(qiáng)度不高，顏色與本體差異較大，影響零件外觀質(zhì)量。針對(duì)這種狀況，在充分調(diào)查、對(duì)比的基礎(chǔ)上，選用可賽新工業(yè)修補(bǔ)劑進(jìn)行修復(fù)?？少愋陆饘傩扪a(bǔ)系列產(chǎn)品是以金屬及合金為骨材的聚合金屬?gòu)?fù)合型修復(fù)材料，它具有如下特點(diǎn)：1)耐磨損、耐腐蝕；2)與金屬結(jié)合強(qiáng)度高；3)施工工藝性好；4)修復(fù)后顏色與本體一致；5)固化無(wú)收縮，外觀較好。

根據(jù)產(chǎn)品情況，選用TS101聚合鐵鑄造缺陷修補(bǔ)劑用于灰鑄鐵的處理，選用TS113聚合鋁修補(bǔ)劑用于鑄造鋁合金的處理，這2種修補(bǔ)劑均分為A主劑和B固化劑2種組分。修補(bǔ)步驟如下。

1)表面處理。待填補(bǔ)表面必須用角向砂輪或砂布等打磨粗化，旋轉(zhuǎn)面最好車出細(xì)螺紋，打磨或加工深度應(yīng)>1 mm，然后用天山1755清洗劑清洗粗化表面，待修表面不允許有任何油污。

2)混料。嚴(yán)格按規(guī)定的配料比將本劑A和固化劑B充分混合，使顏色完全一致。其中,鑄鐵件按A∶B=2∶1進(jìn)行混合，鑄鋁件按A∶B=6∶1進(jìn)行混合。

3)涂敷。將混合好的修補(bǔ)劑涂于待修表面，可先涂少許，用刮板或膠刀反復(fù)按壓，待充分浸潤(rùn)后再涂其余修補(bǔ)劑，留出余量以便后續(xù)加工。

4)固化。一般情況下，25 ℃時(shí)4 h初硬，16 h后進(jìn)行各類機(jī)械加工。對(duì)關(guān)鍵部位可采用在80～100 ℃條件下保溫4 h，這不僅能縮短固化時(shí)間，還可獲得最佳的涂層性能。

5)加工?？筛鶕?jù)零件實(shí)際情況及精度要求選擇銑削或鉗工修銼、砂光。

2.2 零件因錯(cuò)箱、收縮等缺陷導(dǎo)致個(gè)別孔位無(wú)法正確加工類缺陷

此類缺陷多出現(xiàn)在大型箱體類零件和機(jī)座類零件上。由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部位間過(guò)渡造成局部壁厚變化較大，加上零件質(zhì)量偏大，這就決定了其鑄造工藝比較復(fù)雜。首先表現(xiàn)為砂型復(fù)雜，各砂型之間的配合及其相對(duì)位置不易控制，尤其是單件生產(chǎn)時(shí)手動(dòng)合箱很容易使上、下箱產(chǎn)生位置偏差；其次，由于零件質(zhì)量偏大，鑄件澆注時(shí)間較長(zhǎng)，極易受外界環(huán)境因素的影響，因而鑄件產(chǎn)生錯(cuò)箱、收縮和澆不足等缺陷的機(jī)會(huì)增多，而其成品中許多加工部位同非加工面的相對(duì)位置要求較嚴(yán)，表現(xiàn)為幾何尺寸較小，個(gè)別孔位無(wú)法正確加工的現(xiàn)象比較常見(jiàn)。

在鑄件和半成品的流轉(zhuǎn)過(guò)程中很多缺陷不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，主要原因有：1)在鑄件檢查過(guò)程中，考慮零件全局和注重大方向的檢查較多，對(duì)零件細(xì)節(jié)重視不足；2)在粗加工撩劃線時(shí)，常常會(huì)因?yàn)殍T件存在變形以及局部位置偏差而人為地“借毛坯”；3)在基準(zhǔn)面粗加工中，校線精確度不夠高，銑削過(guò)程中不能均勻地留足粗加工余量；4)經(jīng)熱處理后零件仍有適量變形，進(jìn)入精加工階段時(shí)存在“借毛坯”以及各基準(zhǔn)面不能做到等余量銑削。受這些因素的綜合影響，零件加工面與非加工型面間經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一定的偏移量，從而導(dǎo)致非加工方框、型腔周圍的小孔不能正常加工。

針對(duì)上述缺陷情況，常見(jiàn)的補(bǔ)救措施是進(jìn)行焊補(bǔ)處理，但是這種處理方式有許多不良影響，主要表現(xiàn)為：1)焊補(bǔ)時(shí)多為斷續(xù)操作，焊補(bǔ)部位的質(zhì)量不高，容易出現(xiàn)焊接氣孔，材料致密度呈現(xiàn)不均勻性，在孔的加工中引起圓度和垂直度超差；2)焊接多為手工操作，加工中焊縫位置不能嚴(yán)格控制，導(dǎo)致其輪廓度不佳，重新加工孔時(shí)孔周圍材料分布不均勻，單邊現(xiàn)象較為嚴(yán)重，影響零件外觀質(zhì)量；3)鑄鐵件焊后冷硬現(xiàn)象比較嚴(yán)重，造成加工困難，影響孔的內(nèi)在質(zhì)量，尤其是螺紋孔加工時(shí)極易產(chǎn)生斷絲錐現(xiàn)象[2]。

為了消除上述質(zhì)量缺陷，通過(guò)查閱資料，不斷進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，逐步形成了合適的缺陷處理方式——鑲配輔料配合焊補(bǔ)。具體步驟如下：1)加工中發(fā)現(xiàn)鉆不上的孔和螺紋孔時(shí)，先讓操作工在孔的正確位置用兩牙銑刀在零件本體上銑出一段圓弧面，圓弧面直徑應(yīng)比圖樣的標(biāo)注尺寸大6 mm，軸向尺寸參照孔深銑準(zhǔn)，拆下零件等候后續(xù)處理；2)根據(jù)已加工圓弧面的尺寸配作與零件本體材料相同的柱銷，其中柱銷一端應(yīng)保持尖角；3)將柱銷同圓弧面相配合、對(duì)齊，若所加工圓弧面小于等于半圓時(shí)，需用502膠將二者固定；4)在柱銷與本體相交部位沿軸線進(jìn)行焊補(bǔ)，鑄鐵件采用氣焊方式，鑄造鋁合金采用氬弧保護(hù)焊方式進(jìn)行，同時(shí)要注意焊縫不應(yīng)超出零件端面；5)鉗工修整；6)重新裝夾零件，完成孔的加工。

對(duì)比傳統(tǒng)的焊補(bǔ)方法，這種缺陷處理方式的優(yōu)點(diǎn)是：1)銑刀加工的圓弧面保證了孔的位置精度，返修后孔的壁厚均勻，外觀較好；2)焊接簡(jiǎn)單，焊補(bǔ)量較少，零件起熱變形不明顯，焊縫平直，易修整；3)鑄鐵件可視情況先將孔和螺紋加工好以后進(jìn)行焊補(bǔ)，避免了冷硬現(xiàn)象對(duì)孔加工的不良影響。

2.3 非加工方框和槽轉(zhuǎn)角處單一裂紋類缺陷

由于內(nèi)應(yīng)力的存在以及清砂后鑄件各部位冷卻速度不同，鑄件極易產(chǎn)生細(xì)微裂紋，尤其是零件厚度變化較大的部位，以非加工方框和槽轉(zhuǎn)角處較為常見(jiàn)，再加上后續(xù)粗加工以及熱處理的影響，原有裂紋會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生新的裂紋[3]；因此，在鑄件的精加工中，如何有效地采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施成為確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度的重要影響因素。

在裂紋的處理過(guò)程中，經(jīng)常采用的處理方式有2種：1)工業(yè)修補(bǔ)劑進(jìn)行粘補(bǔ)，適用于周圍孔精度要求較嚴(yán)而不宜焊補(bǔ)的部位；2)開(kāi)坡口進(jìn)行焊補(bǔ)處理，適用于缺陷部位無(wú)精度要求較嚴(yán)的公差孔等情況。

2.3.1 用工業(yè)修補(bǔ)劑進(jìn)行裂紋修復(fù)

通常選用可賽新金屬修補(bǔ)劑作為裂紋修復(fù)的填充材料，其中鑄鐵件選用TS111鑄鐵修補(bǔ)劑，鑄造鋁合金選用TS133聚合鋁(世紀(jì)之光)修補(bǔ)劑。具體步驟為：1)用1755清洗液對(duì)缺陷部位進(jìn)行徹底清洗，必要時(shí)用噴燈烤干裂紋中的油污和雜質(zhì)；2)在裂紋末端鉆孔用于止裂，同時(shí)沿裂紋方向加工出V形坡口，深約3 mm；3)將TS111鑄鐵修補(bǔ)劑A、B兩組分按體積A∶B=4∶1，TS133聚合鋁修補(bǔ)劑A、B兩組分按體積A∶B=1∶1的比例進(jìn)行充分混合均勻，然后在V形坡口中均勻地涂抹一層薄薄的修補(bǔ)劑；4)用混合好的修補(bǔ)劑將1720玻璃纖維加強(qiáng)帶潤(rùn)濕后粘到V形區(qū)；5)在1720上面填充修補(bǔ)劑并壓實(shí)，填充物要高出零件表面1～2 mm，然后在常溫狀態(tài)下進(jìn)行固化(TS111為8 h，TS133為2 h)后，將調(diào)出部分銑平，即可完成裂紋的修復(fù)。

2.3.2 用焊補(bǔ)方式進(jìn)行裂紋修復(fù)

根據(jù)鑄件裂紋狀況，首先要對(duì)裂紋進(jìn)行預(yù)處理，即利用鏨子或手提砂輪沿裂紋方向加工出V形坡口；然后用丙酮溶液對(duì)缺陷部位進(jìn)行清洗以去除油漬和雜質(zhì)；最后直接在坡口上進(jìn)行焊補(bǔ)、修平。其中，鑄鐵件選用氣焊方式，鑄造鋁合金選用氬弧保護(hù)焊方式，焊補(bǔ)時(shí)要適當(dāng)?shù)財(cái)嗬m(xù)進(jìn)行，避免造成零件局部溫升過(guò)高而影響已加工面的精度。

3 結(jié)語(yǔ)

由于鑄造缺陷的情況十分復(fù)雜，尤其是機(jī)械精加工中更是如此，新問(wèn)題會(huì)層出不窮。隨著新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用，將來(lái)還會(huì)有更好的缺陷處理方式，以使鑄造缺陷的處理質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度有更大地提高。

[1] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2] 高忠民.氣焊工基本技能[M].北京：金盾出版社，2010.

[3] 羅輝.實(shí)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)分析[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

責(zé)任編輯 馬彤

Research of the Treatment of Casting Defects in the Finish Machining

WANG Jianying

(Xuchang Tobacco Machinery Co., Ltd., Xuchang 461000, China)

Because of the lack of the high sensitivity X ray flaw detector and the limitation of removing the allowance for the casting rough machining, it often makes that meet the casting defect like the air holes, the scab defect, the crack and so on during the fine machining. It brings a great deal of threat for the product quality control. With the casting defect which not greatly affecting the intensity and precision in the process of the finish machining, the treatment research is done. The casting defect includes the small scale distribution of the sliding surface blowhole slag, mismatch in shrinkage defects such as the number of the individual cannot correct processing, the processing box and slot corner of single crack, and so on. Therefore, it has an important significance to improve the product quality, guarantee the production progress and reduce the cost.

finish machining, casting defect, remedial measure

TH 134

A

王建英(1972-)，男，工程師，主要從事機(jī)械加工工藝等方面的研究。

2016-08-04