平衡块熔模铸造后期清理工艺及设备

柯美元，成伟华，陈学锋（顺德职业技术学院，广东佛山 528333）

平衡块熔模铸造后期清理工艺及设备

柯美元，成伟华，陈学锋
（顺德职业技术学院，广东佛山 528333）

平衡块熔模铸造后的清理工艺主要包括振壳、吊抛、切割、研磨浇口、泡酸、抛丸清砂、热处理等工艺流程，并备以合适的工艺设备，清理出了合格的铸件产品。通过对传统热处理工艺的改进，解决了产品表面浮磁的问题。通过清理工艺，铸件产品的合格率达到了98%以上。

熔模铸造；清理工艺；泡酸；热处理

如图1所示平衡块是压缩机上的重要零部件，主要用于消除电机在高速旋转时力的不平衡。该零件属于深孔薄壁件，尺寸精度和表面质量要求较高，并且要求无磁。目前一般以高锰钢为材质，采用熔模铸造工艺进行生产。

熔模铸造是一种近净形成形工艺，特别适合铸造尺寸精度高、表面粗糙度低、形状复杂和壁厚较薄的铸件和整体铸件。其精度和粗糙度可分别达到CT4～CT6级和Ra0.8～1.6 μm。铸件最小壁厚可达0.5 mm，最小孔径可达1.0 mm[1-4]。

平衡块在型壳浇注并冷却后，熔模铸件需要经过清理，才能得到最终的铸件产品。熔模铸件的清理工艺具有工序多、周期长、影响质量的因素多的特点，因此，必须对清理过程的各个工艺环节和工艺因素进行科学合理的设计，才能获得较高的产品质量和较高的生产效率。

根据产品的结构特点和熔模铸造工艺，平衡块的主要清理工艺流程为：振壳—吊抛—切割—研磨浇口—泡酸—抛丸清砂—热处理。

1 振壳

以硅溶胶作为粘接剂的型壳残留强度较大，清壳比较困难，需要经过机械清壳才能除去铸件表面的大部分型壳。本工艺采用如图2所示的气动振壳机来对铸件进行初次清壳。气动振壳机对整棵铸件组树进行机械振动，使型壳得以从铸件上剥落，冲击频率越高，冲击功越大，则清理的效果就越好。这种清壳方法具有设备简单，生产率高的特点，是目前我国精密铸造行业采用最多的初次清壳手段。

图2 气动振壳机

振壳工艺要求对组树后的型壳清除干净，打壳时模壳温度以手感不烫为上限。气动振壳的主要工艺要求为：

1）气压为5～8 kg/cm2。

2）振壳前选择适当的木板或废布作为保护垫板,以免损伤工件。

3）振壳时间为10～20 s，而且锤头打击点应选择在不使工件产生变形,不使工件受直接冲击力的地方。应选择多点打壳，尽量使模头除壳干净。打壳时严禁用手去扶摸头，以免造成工伤事故。

图3 悬挂双吊钩抛丸机

图4 抛丸后的铸件

2 吊抛

机械振壳虽然能够去除大部分的型壳，但铸件上的小孔、盲孔、窄槽等处的型壳不易清除。对于残留的型壳或铸件上的锈皮可以采用抛丸来处理。采用如图3所示的悬挂双吊钩抛丸机进行抛丸，效果较好。其主要工艺要求为：

1）向抛丸机中加入20 kg的φ0.8 mm合金钢丸。

2）将铸件有条理地吊挂在专用铁架上，然后用吊钩把铁架安稳地送入到抛丸机内。

3）抛丸时间为30 min。

抛丸完成的铸件效果如图4所示。

3 切割

切割是将单个铸件从组树上切割下来，实现铸件与组树的分离。可采用通用手动砂轮切割机来进行切割。切割时，右手紧握浇口杯，左手紧握操作杆，对准下刀部位开始用力，由轻到重，要求做到“眼准、手稳、用力协调”，在保证不切伤铸件的情况下尽量把浇口切得更短，以减少后面研磨浇口的工作量。

4 研磨浇口

铸件从组树上切割下来后需要研磨铸件上的浇口。一般采用如图5所示的双头砂带研磨机进行研磨。研磨机的砂带为40#砂带。利用专用夹具装好铸件，根据浇口位置及铸件特点，手持夹具对准砂带适当用力并平稳转动铸件，将浇口磨圆顺、磨平以达到工艺要求。研磨时，不能磨伤铸件，研磨后，铸件不能有浇口痕迹。

5 泡酸

对于铸件上一些深孔、窄槽内残留的型壳，通过振壳、吊抛等物理方法无法清除的，需要通过泡酸的方法来处理。

图5 双砂带研磨机

图6 滚筒履带式抛丸机

泡酸是通过化学的方法，使酸液与型壳中的SiO2发生反应，破坏砂粒之间的粘结，以达到清除局部型壳的目的。将铸件放置在质量分数为40%的HF酸中，室温下浸泡10～15 s，使酸液与残留型壳发生如式（1）所示的化学反应而达到清砂目的。泡酸后要用清水冲洗至中性，最后再用热水清洗一次。

6 抛丸清砂

泡酸后，还需要经过一次抛丸处理来将泡松软的砂彻底清除掉。可采用如图6所示的滚筒履带式抛丸机来清砂。抛丸钢丸直径为φ0.5 mm，抛丸时间为30 min。若未清除干净，则需要重复作业，直到铸件表面干净为止。

7 热处理

熔模铸件经过清理工艺之后，要想在室温下保持稳定的奥氏体组织，还需要进行热处理，从而达到去磁的目的。以前，一般是将高锰钢加热到950℃以上保温固溶，然后直接水淬，从而将高温下的奥氏体组织保持到室温[5-6]，也就是我们通常所说的“水韧处理工艺”。但是，该零件采用常规的热处理后会在表面形成一层氧化皮。在实际生产中，一般都是采用抛丸工艺，来进行去除氧化皮的处理。在进行抛丸处理时，由于高速钢丸猛烈撞击铸件的表面，这样就会在铸件表层形成形变马氏体，从而使表面磁性增加，达不到无磁要求。

为了解决磁性不达标的问题，我们对传统“水韧处理工艺”进行了改进。首先，将网带式热处理炉分为前后两段，前段为加热段，后段为冷却段。热处理时，将分解氨气氛通入到网带炉中，使铸件在加热和冷却的过程中都受到还原性气氛的保护。其次，在冷却段布置冷却水道对炉体进行冷却，铸件不与冷却水直接接触。这样，铸件热处理完之后还是光亮的表面而不会不发生氧化。通过对热处理工艺的改进，不仅节省了一道抛丸工序，还避免了在产品表面产生氧化皮，产品热处理后可直接送检包装。改进后的热处理工艺曲线如图3所示。为了提高生产效率，生产中，常采用尽可能快的加热和冷却速度。虽然高锰钢的传热性不好，但由于铸件比较细小，快速加热和冷却时，也不会产生裂纹。

图3 热处理工艺

8 结语

通过实践证明，平衡块的熔模铸件清理工艺科学合理，选取的生产设备高效实惠，既提高了生产效率，降低了生产成本，又提高了产品质量与合格率。平衡块清理工艺的产品合格率达到了98%以上，取得了较好的经济效益。

[1] 孙敏.熔模铸造[M]．北京：北京理工大学出版社，2009：1-3.

[2] 吕志刚. 我国熔模精密铸造的历史回顾与发展展望[J]. 铸造，2012，(4)：347-356.

[3] 柯美元，陈学锋. 高锰钢平衡块的熔模铸造工艺[J]. 热加工工艺，2015，11(44)：107-109.

[4] 郭敖如. 我国熔模精密铸造技术的进展[J]. 铸造设备研究，1999，5：47-51.

[5] 王仲珏，孙萍．高锰钢水韧处理效果控制[J]. 热处理，2006，1(26)：59-61.

[6] 韩东林．高锰钢铸态水韧处理的实际应用[J]. 热加工工艺，1999,5：63.

[7] 陆梦禹,何晓宗.防止熔模铸造阀体产生铸造缺陷的实践[J].中国铸造装备与技术,2006(1).

[8] 袁军平, 王昶, 马春宇, 陈绍兴.首饰石膏型熔模铸造工艺概述[J].中国铸造装备与技术,2011(3).

Cleaning process and equipment in investments casting for counter balance

KE MeiYuan, CHENG WeiHua,CHEN XueFeng
(Shunde Polytechnic, Foshan 528333, Guangdong,China)

Cleaning process after investment casting mainly included∶ shell vibration, hanging cast, cutting, gate grinding, foam acid, shot blasting, heat intreatment and so on. With proper equipments, it produced qualif i ed products. With the improvement of additional heat treatment, the problem of fl oating magnetism in product surface was resolved. Products pass-rate was over 98% in cleaning process.

investment casting; cleaning process; foam acid; heat treatment

TG249.5；

A；

1 006-9 658（201 6）06-0048-03

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.06.01 5

佛山市科技专项创新基金项目(2013AG100063);广东省自然科学基金项目(S2012010010199)

2016-04-27

稿件编号:1604-1355

柯美元(1973—），男，硕士,主要研究方向:金属材料成形工艺.