压缩机盖板铸件铸造工艺改进

陈 鹏，何长义，何 媛

（共享装备股份有限公司，宁夏 银川 750021）

1 产品结构及工艺性分析

1.1 产品介绍

盖板铸件是干式螺杆真空压缩机主要部件之一，铸件三维图如图1 所示，图中左下管口为排气管口，中间两处轴孔为主、从动螺杆轴孔。干式螺杆真空压缩机工作原理是利用一对螺杆，在泵壳中作同步高速反向旋转产生吸气和排气作用从而实现抽真空，主要应用于高纯净的真空工艺过程，具有抽取凝性、含颗粒物气体的能力，适宜于电子、化工和生物医药等领域。

图1 盖板三维图

压缩机盖板铸件的基本参数如表1 所示。

表1 压缩机盖板铸件的基本参数

压缩机盖板铸件力学性能指标要求如表2 所示。

表2 压缩机盖板铸件的力学性能指标

客户要求铸件非加工面不得有大于1.5 mm 深的缺陷，加工面不得有铸造缺陷，铸件全身采取超声波探伤检测，超声波探伤引用EN12680-3 标准。

1.2 铸件产品结构分析

盖板整体为壳形结构，中间两处独立轴孔，内部由挡板分割为两部分，左侧体积较大腔为水腔，右侧体积较小腔为气腔，铸件沿周均匀分布12 处脐座。具体结构如图3 所示，铸件轴孔及脐座位置较厚大，在凝固过程中会形成多个孤立热节，无法形成顺畅的补缩通道，导致这些位置容易产生缩松缺陷。脐座打通长螺栓孔，发生缩松会造成水腔液体渗漏或气腔漏气，轴孔位置出现缩松会导致液体渗入工作腔。

图2 压缩机盖板关键区域示意图

图3 压缩机盖板原工艺示意图

通过Magma 软件对铸件进行凝固模拟分析，确定了工艺设计思路：将每个铸件分为上下半区，铸件上半区通过发热冒口补缩，下半区关键位置使用冷铁加快冷却，消除缩松缺陷；铸件表面质量要求较高，使用开放式浇注系统，降低金属液进流速度，同时增加过滤网加强挡渣。

2 原工艺方案

设计工艺方案一箱两件，铸件从中间对分，结构由上下箱各带一半，使用开放式侧冲浇注系统，金属液从铸件中部进入型腔。采用发热冒口+冷铁的形式对铸件进行凝固顺序调整。

3 原工艺方案生产的铸件质量统计分析

原工艺方案实际生产153 件，毛坯铸件以及加工之后共计报废62 件，废品率为40.5%，铸件废品的主要原因是因为缩松导致铸件加工后打压渗漏。

由于原工艺铸件质量不稳定，废品率很高，因此决定对该产品的铸造工艺进行重新设计。

4 工艺方案改进

4.1 原工艺方案分析

对原工艺方案缺点进行分析：

1）铸件结构特殊，厚大脐座间由筋板连接。现浇注方向，由于铸件脐座与薄壁部位壁厚差较大，薄壁处冷却速度较快，会提前凝固造成补缩通道过早关闭，补缩路线如图4 中箭头示意；

2）铸件下方无冒口补缩，仅使用冷铁激冷，如图4 所示，如果操作及熔炼过程控制不稳定，如冷铁跑位、铸型紧实强度不足、浇注温度过高、液体金属含气量过高、碳当量过低等，都会造成脐座部位缩松倾向增大；

图4 压缩机盖板补缩示意图

3）金属液从铸件中部进流，如图5 所示，浇注速度大，充型不平稳，金属液易发生飞溅、氧化和卷气等现象，导致铸件中可能出现砂眼、气孔和夹渣等缺陷；

图5 原工艺内浇口进流位置

4）原工艺中间轴孔分型，铸件上下箱各带一半，如图6 所示，铸件披缝较多，清理周期长，同时使用砂箱较高，合箱控制难度大。

图6 原工艺批缝示意图

4.2 改进后的工艺方案

工艺方案改为一箱一件，铸件从顶面大平面分型，铸件全部由下箱带出，使用开放式浇注系统，浇注系统比例，直浇道、横浇道、内浇道面积之比为1∶1.5∶1.5，内浇道接2 道瓷管底返，金属液从铸件底部进入型腔，如图7 所示。

图7 工艺改进后分型面及浇注系统

采用顶面分区冷铁+发热冒口，底侧面厚大脐座铺满冷铁的方式，如图8 所示。

图8 压缩机盖板改进后工艺图

新工艺具有以下特点：

1）调整铸件浇注方向后，所有厚大脐座本身作为补缩通道，补缩路线如图9 中箭头示意，延长铸件补缩时间，利于缩松缺陷的消除；

图9 压缩机盖板补缩示意图

2）发热冒口分区配合底侧面冷铁对厚大位置进行补缩，如图10 所示，红色部分为冷铁，蓝色部分为冒口，冒口最后凝固，铸件实现顺序补缩；

图10 压缩机盖板补缩示意图

3）使用开放式底返浇注系统，如图7 所示，降低浇注速度，金属液从型腔底部缓慢平稳进流，可有效避免砂眼、气孔和夹渣等缺陷；

4）新工艺顶面大平面分型，铸件由一箱带出，如图11 所示，铸件整体性好，披缝少且易于清理，同时降低了合箱操作难度。

图11 新工艺批缝示意图

5 生产验证

按照上述确定的铸造工艺，生产盖板24 件，其中2 件因为夹砂，机损报废。废品率8.3%，其余铸件通过检测。现工艺已稳定生产，每月30～40 件，预计废品率将降低到5%以下。

6 结论

对压缩机盖板铸造工艺的改进通过调整工艺浇注方向，优化模型分型方式，合理设计浇注系统，精确计算冒口，并采取通用、专用冷铁改变温度梯度，使用Magma 软件模拟验证等多种工艺手段联合作用的方法，有效解决了当前铸件的缩松问题，实现了铸件批量稳定交付，也为今后类似结构产品的生产提供了经验。对于大壁厚差球墨铸铁小件，根据铸件特殊的结构，针对性地设计浇冒系统，铺设冷铁，调整温度梯度建立顺畅补缩通道，实现铸件顺序凝固，可有效避免缩松缺陷的产生，降低废品率。