大型精密铸件的熔模铸造工艺研制

概述：熔模铸造又称失蜡铸造，是一种近净成形的先进工艺，能生产接近零件最终形状的精密复杂零件，少无加工余量。硅溶胶工艺精密铸造适合中小件（重量为0.05-30kg）的批量生产。我公司是硅溶胶工艺精密铸造，常规产品重量为0.3-5kg的精密铸件，最大能够生产35kg的产品。公司尝试采用专用的生产辅具进行重量在50kg以上的产品试制，取得了良好的效果。
关键词：大型铸件  精密铸造  专用辅具
1、产品介绍：该产品为船用换热器的封堵，材质为CF8M，重量57.2kg，整体壁厚8mm。原工艺为钢板冲压后成型后用板材管材焊接而成，生产效率较低，制造工艺复杂，成本较高，而且需要较高的探伤检测费用，且外观需要表面处理才能达到良好的粗糙度，尺寸精度不能满足使用的要求。采用精密铸造一体成型省去了昂贵的焊接费用，且达到尺寸精度要求，表面粗糙度达到Ra6.3以上，能够满足客户的使用要求。
 

左图为产品的3D图片
 

2、试制过程
1）模具制作：模具采用整体成型，锻铝6061材料.模具尺寸约为：长×宽×高=650mm×650mm×420mm，上型芯采用气动方式取芯，模具外形见下图

2）模组：射蜡采用20吨单工位射蜡机射蜡，射蜡温度52℃，射蜡压力3.5MPa，射蜡时间为20分钟，保压3分钟，采用射蜡机设备自带的电葫芦辅助启模，蜡模水冷。蜡件周转过程以及修型和组数均采用海绵踮起底部，组树时以组树支架支撑，使用粘接蜡粘接而成。模头上部采用四个辅助吊装平台加固，以增加整个模组的吊装强度。组树工艺示意图及工艺模拟见下图：

3）制壳：型壳为8层，分别为面层锆英砂，过渡层莫来砂50-100目背层莫来砂30-60目（一层）、莫来砂16-30目（重复五层），每层的干燥时间为24小时。其中在制壳的5层之后采用钢丝网进行型壳的加固。传统的制壳操作是采用人工直接粘浆，雨淋或者沸腾撒砂，但是由于产品较大，人工直接操作困难。针对该问题，我公司自行研制了可移动的制壳辅助小车进行浆料的涂挂，它可以升降调整高度、而且能够两个方向360度旋转，大大降低了工人的劳动强度。另外对于型壳内部的盲舱采用4层之后填干砂工艺，以避免内腔的干燥不良和解决清理工序的型壳清理的难度。干燥方式为定向干燥室悬挂干燥以利于型壳内腔的干燥。如下图：

脱蜡采用电热蒸汽脱蜡釜，每炉一件，脱蜡时间为15分钟。
4）型壳焙烧：型壳焙烧使用燃气焙烧炉，焙烧温度1120℃，焙烧时间1.5小时。由于型壳较重，使用传统的叉壳装炉和浇注不易实现，试制时我们设计了型壳焙烧工装（由50*50mm的钢板焊接而成），与型壳一同装炉以利于型壳的取放。装壳和出壳均采用手动叉车进行（叉车的齿部预先使用耐火棉将其包裹，避免高温受热变形），见下图：

5）浇注：浇注过程采用转包浇注，由于该产品整体壁厚只有8mm，为了保证金属也完全充满铸型，浇注温度为1680℃，快速浇注。浇注后铸件没有浇不足问题，浇注后铸件见下图

6）清理：后处理流程为正常的工艺流程——手工振壳→抛丸→切割→研磨→抛丸→焊修→热处理→抛丸→酸洗→抛丸→钝化→机加工→试压→检测→入库→包装。由于铸件较重，研磨工序实用自制的电葫芦辅助研磨，清理车间产品周转全部采用周转车周转。

3、总结：采用硅溶胶工艺精密铸造能够生产重量大于50kg的铸件，尺寸精度达到GB/T6414-1999的CT6级要求，表面粗糙度达到Ra6.3。制壳过程中采用专用辅具，型壳焙烧使用辅助工装，清理过程使用吊装工具，降低了工人劳动强度。焊接产品整体铸造减少了生产成本。该产品已经完成铸件的试生产，能够初步达到量产的要求。
参考文献：
1 姜不居  实用熔模铸造技术  辽宁科学技术出版社
2 姜不居  吕志刚   熔模铸造手册  北京：机械工业出版社

作者简介：李强，1979年出生，河北光德精密机械股份有限公司技术部工程师，电话13833745706   邮箱：gd_liqiang@163.com