冲压机床机座的消失模铸造

2011-01-23高成勋李宇超

铸造设备与工艺 2011年1期

关键词：机座铁液铸件

高成勋，李宇超

（郑州市宇超机械制造有限公司，河南郑州 450000）

消失模铸造经过近半个世纪的发展，消失模铸造技术的工艺逐步步入成熟阶段，近十几年的广泛推广和发展，其生产的产品由简单的铸件发展到可以生产形状非常复杂的，材质种类越来越多的铸件。

2010年郑州市宇超机械制造有限公司在市场竞争激烈，原辅材料价格上涨，对冲压机床机座铸件生产寻找一个较砂型铸造工艺成本更低的工艺来提高冲压机床机座的利润空间，显得极其重要。

冲压机床机座铸件生产采用消失模铸造工艺替代砂型铸造工艺有许多优点。

1）消失模铸造可以实现大批量生产和单件生产的要求；

2）消失模铸造比砂型铸造的成本更低，提高了铸件产品的附加值；

3）消失模生产的冲压机床机座铸件，无论外观，质量还是内在质量都能达到使用要求；

4）冲压机床机座市场很大，需求量大，有很大的生存空间。

总之，消失模铸造生产的冲压机床机座件是冲压机床铸件发展的一种方向。

1 铸件的特点和难点

1.1 冲压机床机座铸件结构

冲压机床机座铸件结构如图1，其规格有35 t、50t、63 t、80t、100t、125 t等冲压机床铸件材质为HT150或 HT200，铸件质量分别是 1.1t、1.6 t、2.4 t、3.2t、4.5 t、5 t。铸件的表面粗糙和光洁度要好，其尺寸公差等级10～12级，铸件质量公差9～11级。

图1 冲压机床机座铸件结构图

1.2 工艺难点

该铸件虽然结构简单，但是壁厚比较厚大，表面质量要求高，并需要加工部位不能有缺陷并且铸件需要做冲击试验，同时该铸件壁厚差大，铸件壁厚差有的地方超过100mm。

2 泡沫质量的控制

2.1 泡沫原材料选择

模样材料和密度直接影响最终铸件的质量。珠粒材料的选择和发泡板材质量的控制是保证模样质量的关键，模样含碳量越高，密度越大，分解后的碳化物越多，容易产生冷隔、夹渣、气孔等缺陷。在试验中，模样原材料选用适当粒度的EPS泡沫板材，发泡密度控制在20g/L～22g/L。

2.2 泡沫板材成型控制

成形工艺是获得优质模样的关键环节。泡沫板材成型过程中，要求泡沫厂家特制生产的板材。要求不能出现夹生和过烧。要求成型出来的板材表面珠粒均匀和表面光洁。严格控制泡沫板材质量。

3 模样和浇冒口组合及尺寸控制

浇注系统设计是否合理也是消失模工艺铸造冲压机床机座铸件的关键因素。冲压机床机座浇注系统设计有底注、阶梯注及侧注等多种浇注方式，应根据铸件结构特点进行合理的选择和设计。冲压机床机座浇注系统的截面积较其他铸造工艺的浇注系统截面积大。且内浇道一般设在铸件壁厚处的位置，以保证加压时的补缩效果。

根据消失模铸造的特点，浇注金属液容易产生紊乱，冲压机床机座尺寸大且金属液在充型最远部位往往易出现浇不足或冷隔。为保证铸件不出现缺陷，应适当提高浇注温度，加大浇口截面积以及金属压头高度。根据冲压机床机座的结构特点，为避免壁厚处出现疏松缺陷，浇注系统采用底注式，内浇道设在两个立板内侧面壁厚较厚的地方位置，截面尺寸为160mm×20mm两道，横浇道及辅助浇道截面尺寸为100mm×15mm，直浇道截面尺寸为φ70mm，其模样如图2所示。

图2 模样示意图

4 涂料质量控制

4.1 涂料性能要求

涂料一般由耐火骨料、黏结剂、悬浮剂和附加物等组成。选用不同配方和组分以及各种组成物的比例对涂料性能影响很大，涂料的性能直接关系到铸件的质量。一方面，涂层具有一定的强度和耐火度，加压时涂料层将高温不锈钢液与干砂有效地隔离，从而防止金属液渗入干砂中形成粘砂。另一方面，涂层具有良好的透气性，以便加压时泡沫模样汽化的残余气体能有效的顺利的排出，避免渗入高温的铁液而产生气孔、疏松等铸造缺陷。当然，涂料的透气性并不是越高越好，过高会造成加压后铸件表面产生凸起点，严重时会造成铁液逸出渗入干砂中，使铸件无法清理，导致铸件报废。

涂料层的透气性与涂料组分和涂层的厚度有关。控制涂层的厚度关键是控制涂料的黏稠度和涂挂次数。所以应选择无机和有机黏结剂的种类及加入量，配制有较高强度和较高涂覆性能的涂料。首先至少高速搅拌120min，后低速搅拌。为了得到均匀的涂层，保证涂层不滴不流，应在24 h内不间断搅拌使用。

4.2 涂料烘干工艺

消失模烘房应该具备良好的通风、加热系统和保湿功能，能满足模样和涂料层的彻底烘干。烘房的温度控制在45℃～50℃间，烘干时间与泡沫模样的主要壁厚有关，薄壁泡沫模样烘干时间大于24 h，厚壁泡沫模样要达到48 h～96 h方能完全烘干。如果模样不干透，在浇注时易造成发气量增大而使浇注反喷，使铸件产生气孔、冷隔等缺陷而报废。

模样在烘干过程中，除温度控制外，还应注意控制湿度，在烘房设置通风设备，控制湿度不大于30%。烘干过程模样需要合理的放置和支撑，防止模样变形。干燥后的模样在造型前应放置在湿度小的地方，以防吸潮。

5 浇注区工艺控制

5.1 振动造型

造型是浇注前的重要工艺环节。消失模铸造用砂选用的是无粘结剂的干砂，具有良好的流动性、透气性和耐火性，容易流入铸件模样的内部型腔，使浇注产生的残余物顺利溢出，同时还能够抵抗金属液渗入并为泡沫模样提供支撑。生产中选用40-70目的海砂，粒形以圆形为主。在砂箱中安放模样时，应保证模样离砂箱底部及四周最小吃砂量在250mm以上。加砂造型采用边加砂并振动，直至加满到浇口杯的位置，振动电机的频率调至30Hz～50Hz。

5.2 负压浇注

冲压机床机座铸件采用中频电炉熔化铁液其质量优于冲天炉熔化铁液；其温度和成分容易控制；消失模铸造。

在浇注前，通过抽负压可使干砂形成一定的强度，生产中砂箱内真空度调到0.60MPa～0.65 MPa。浇注时浇包应尽量靠近浇口杯，以相距100mm为宜，充型应平稳而不断流。液流不能直接冲刷浇口杯根部，需要经过缓冲堤而平稳地进入到直浇道。在浇注过程中，浇口杯应保持充满状态并防止液体扰动，浇注速度应稍慢并保持匀速，防止急流产生紊流。

5.3 保压工艺

浇注完毕后，将砂箱在规定的时间内保持一定的负压，即保压。保压时间要考虑铁液中气体在负压状态下逸出的时间。如果过早卸压，铁液未彻底凝固情况下即卸压，会有铁液中剩余气体残留在铸件中，所以等铁液凝固后即可卸压。此外，保压时间主要取决于铸件的厚度，在保证成型和结晶凝固的条件下，保压时间以短为好。但是保压时间过短，则铸件内部容易产生缩孔和缩松，如果时间过长增加了变形抗力，容易出现开裂；导致铸件报废，一般控制在 10min～15 min。