蔣春霞

（廣東省韶鑄集團(tuán)有限公司，廣東韶關(guān) 512031）

美國(guó)第一大卷?yè)P(yáng)機(jī)公司是我公司卷?yè)P(yáng)筒產(chǎn)品的出口地，是一家致力于改善提升牽引傳動(dòng)技術(shù)及設(shè)計(jì)生產(chǎn)全系列絞車(chē)產(chǎn)品的專(zhuān)業(yè)公司。該公司在絞車(chē)設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面達(dá)到世界領(lǐng)先水平。卷?yè)P(yáng)筒用于卡車(chē)，裝載車(chē)等卷?yè)P(yáng)裝置的裝配，產(chǎn)品組裝照片如圖1所示。鑄件的3D產(chǎn)品如圖2所示。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

（1）從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可以看出，鑄造過(guò)程容易產(chǎn)生變形，一般的鑄造工藝是鑄出光筒，通過(guò)復(fù)雜而昂貴的設(shè)備完成加工纜繩槽這個(gè)關(guān)鍵部位。我們的工藝是通過(guò)直接鑄出纜繩槽的方式進(jìn)行生產(chǎn)。筒內(nèi)部全部加工，中部位置需要插齒，要求無(wú)缺陷。

圖2 卷?yè)P(yáng)筒3D示意圖

（2）該產(chǎn)品由我公司與客戶(hù)一起進(jìn)行開(kāi)發(fā)，由客戶(hù)進(jìn)行精加工，要求加工好的產(chǎn)品不允許出現(xiàn)裂紋和孔洞類(lèi)缺陷。但由于產(chǎn)品的法蘭盤(pán)薄壁處直徑575mm，厚度只有12mm，筒身壁厚達(dá)到60mm，因此法蘭盤(pán)很容易產(chǎn)生變形，而且兩個(gè)法蘭盤(pán)的相對(duì)角度必須不能大于1.5°，這樣的尺寸需要反復(fù)試驗(yàn)摸索變形量。

（3）產(chǎn)品的筒身全部加工，因此需要設(shè)計(jì)補(bǔ)縮的位置很多，但首樣UT檢查和試加工后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有缺陷。

（4）該產(chǎn)品纜繩槽位置為關(guān)鍵部位，整個(gè)纜繩槽呈螺旋線(xiàn)外型，工作時(shí)要經(jīng)過(guò)鋼絲繩纏繞，所以尺寸精度要求高，同時(shí)產(chǎn)品的表面要求光滑無(wú)凸起，無(wú)裂紋。試驗(yàn)生產(chǎn)時(shí)鑄件的表面總是或多或少的存在局部粘砂，纜繩槽部位有時(shí)會(huì)出現(xiàn)縮凹現(xiàn)象。

（5）該產(chǎn)品安裝的配合面較多，產(chǎn)品裝夾和定位面要求穩(wěn)定性好，因此對(duì)產(chǎn)品尺寸的一致性要求很高，也對(duì)鑄造工藝模具的設(shè)計(jì)及手工造型操作過(guò)程的質(zhì)量控制帶來(lái)很大難度。

2 前期工藝存在的不足

我們對(duì)首批試驗(yàn)的卷?yè)P(yáng)筒產(chǎn)品進(jìn)行全面檢查分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題：

（1）兩個(gè)法蘭盤(pán)的尺寸總是存在變形，調(diào)整后仍然無(wú)法達(dá)到客戶(hù)圖紙要求的尺寸。

（2）纜繩槽位置砂芯組裝后存在錯(cuò)移現(xiàn)象，導(dǎo)致纜繩槽對(duì)接處存在錯(cuò)位。

（3）纜繩槽位置表面有局部粘砂問(wèn)題，而且很難處理，如圖3所示。

（4）法蘭一側(cè)的冒口之間底部會(huì)有表面縮陷問(wèn)題，如圖4所示。

3 原因分析

圖3 纜繩槽位置的局部粘砂

圖4 表面縮陷

（1）根據(jù)圖5所示，纜繩槽螺旋形筒身長(zhǎng)度尺寸為：20個(gè)節(jié)距尺寸加上兩側(cè)螺距0.538×20+0.542+0.271=11.573inch，再減去側(cè)面1.5°斜度尺寸為：11.537-2×tg1.5°×（（22-11）/2-1）≈11.34 inch，從而得出圖示3位置11.34是經(jīng)過(guò)計(jì)算后的理論值。如果每個(gè)纜繩槽節(jié)距的尺寸按照公差上限及下限，再疊加1.5°單邊的斜度，計(jì)算結(jié)果應(yīng)為11.03～11.69inch之間，而非圖紙括號(hào)中標(biāo)明的理論尺寸11.34。另一方面，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)法蘭盤(pán)本來(lái)就容易產(chǎn)生變形導(dǎo)致此尺寸超大。

（2）由于鑄造工藝設(shè)計(jì)，采用兩半纜繩槽覆膜砂芯與外面寶珠砂芯分別組裝的方式，待組裝好后采用螺桿固定連接，翻轉(zhuǎn)90°下芯時(shí)，只依靠螺桿的緊固不足以保證整個(gè)砂芯不發(fā)生一些錯(cuò)位，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)纜繩槽砂芯錯(cuò)位，雖然中部砂芯采取粘結(jié)組裝的方式，也會(huì)發(fā)生走位和拉裂中間纜繩槽砂芯的現(xiàn)象。

圖5 卷?yè)P(yáng)筒設(shè)計(jì)圖紙

（3）中間纜繩槽砂芯為普通硅砂的覆膜砂芯，其本身的耐火度會(huì)偏低，而且容易在高溫中膨脹過(guò)大導(dǎo)致砂芯開(kāi)裂，使產(chǎn)品表面產(chǎn)生缺陷。因此，需要提高砂芯表面的耐火度，防止粘砂的同時(shí)，也能防止砂芯膨脹產(chǎn)生披鋒。

（4）由于產(chǎn)品內(nèi)腔形狀為兩頭薄，中間厚，將鑄件切開(kāi)后著色探傷，會(huì)發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)狀縮松，因?yàn)閮?nèi)腔中間位置需要插齒安裝齒輪，因此加工中是不允許有缺陷的。外面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)縮陷現(xiàn)象，除了跟內(nèi)腔補(bǔ)縮有卡脖子現(xiàn)象外[1]，覆膜砂芯及寶珠砂芯發(fā)氣量大，冒口采用暗冒口排氣不通暢，澆注工無(wú)法很直觀的控制澆注速度及冒口補(bǔ)澆的工作，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品冒口之間憋氣而產(chǎn)生表面縮陷。

4 工藝優(yōu)化

（1）通過(guò)與客戶(hù)溝通，修改圖紙。增加大法蘭盤(pán)的8條均布拉筋，在鑄件高溫收縮的過(guò)程中能拉住兩側(cè)法蘭盤(pán)，使其尺寸符合新的圖紙要求。

（2）砂芯通過(guò)組裝的方式完成，主要依靠操作者自己精心測(cè)量及自己檢查，有時(shí)會(huì)因?yàn)椴僮髡卟煌鴮?dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作者的責(zé)任心要求極高。為提升質(zhì)量，簡(jiǎn)化操作過(guò)程，我們對(duì)工藝及模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改[2]，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作，并保證質(zhì)量穩(wěn)定。因此改用預(yù)埋中間纜繩槽覆膜砂芯的方法進(jìn)行制芯，這樣主要依靠模具確保產(chǎn)品尺寸，減少人為因素，提升質(zhì)量。

（3）纜繩槽砂芯表面刷鋯英粉涂料，確保鑄件表面光潔[3]，而且防止砂芯膨脹變形。

（4）通過(guò)解剖鑄件發(fā)現(xiàn)內(nèi)腔插齒位置著色探傷后有缺陷，通過(guò)模擬分析，此位置有縮松的傾向，將頂部通道拉直，模擬后發(fā)現(xiàn)縮松消失。修改結(jié)構(gòu)，消除“卡脖子”現(xiàn)象，使補(bǔ)縮通道順暢從而有效解決內(nèi)腔插齒位置縮松。將冒口由暗冒口改為明冒口＋發(fā)熱劑的方式，促進(jìn)砂芯及型腔的排氣，解決縮陷的問(wèn)題。

5 改進(jìn)工藝后實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）通過(guò)增設(shè)拉筋及增加反變形量的方法，驗(yàn)證一爐產(chǎn)品從第一件與最后一件澆注溫度相差40℃的情況下，產(chǎn)品收縮凝固后，對(duì)大法蘭尺寸間距進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)20件產(chǎn)品尺寸的偏差不會(huì)超過(guò)1.5mm，符合產(chǎn)品圖紙公差要求。很好的控制產(chǎn)品的變形。

（2）殼芯模具的拆活部分沒(méi)有互換性，殼芯模具不會(huì)放反，粘芯過(guò)程配合良好，操作容易完成。預(yù)埋的覆膜砂芯與外圍呋喃樹(shù)脂寶珠砂芯不會(huì)存在錯(cuò)位現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量砂芯尺寸，符合工藝設(shè)計(jì)要求。工作效率提高，由原來(lái)每小時(shí)2個(gè)砂芯提高至每小時(shí)6個(gè)。

（3）覆膜砂芯卷?yè)P(yáng)槽位置表面刷鋯英粉涂料，澆注后的產(chǎn)品外觀，同一爐的兩件產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)刷涂料的產(chǎn)品外觀明顯表面光潔很多。

（4）修改補(bǔ)縮通道，改為明冒口后對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量檢查，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部質(zhì)量缺陷和表面縮陷的現(xiàn)象，得到表面及內(nèi)部質(zhì)量良好的產(chǎn)品。

6 總結(jié)

（1）經(jīng)過(guò)采取以上的各項(xiàng)措施，大幅降低了卷?yè)P(yáng)筒系列產(chǎn)品各工序的處理成本，提高了生產(chǎn)效率，解決了一系列產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題。同時(shí)對(duì)車(chē)間管理人員及現(xiàn)場(chǎng)的操作者進(jìn)行專(zhuān)題培訓(xùn)，提高大家的技術(shù)水平，并制定各關(guān)鍵工序作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。

（2）通過(guò)此次產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及優(yōu)化的過(guò)程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在今后的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的前期策劃中要將工藝設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)操作相結(jié)合，集思廣益，做好產(chǎn)品質(zhì)量的前期預(yù)防，而不是事后糾正，為產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高夯實(shí)基礎(chǔ)。

[1] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)：第5卷.鑄造工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2] 于時(shí)進(jìn),王小彥.鑄造工業(yè)各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[M].吉林：吉林電子出版社，2003.

[3] 李昂,吳密.鑄造工藝設(shè)計(jì)技術(shù)與生產(chǎn)質(zhì)量控制實(shí)用手冊(cè)[M].北京：金版電子出版公司，2003.