大型薄壁零件的水玻璃工艺研究

  
摘要：大型薄壁零件尺寸大，最小壁厚薄，铸造工艺难度大。采用失蜡铸造工艺，
利用已有的生产经验进行试制，摸索出一套比较合理的工艺方法，成功地试制出该件。
大型薄壁零件用水玻璃工艺生产，并要求达到一定的尺寸精度，由于该件尺寸大，外径为φ832mm，高为100mm，重量为110Kg，而最薄壁厚仅为1.8mm，如图1所示，因此该件的精铸工艺有一定的难度。客户在其它精铸厂试制了多次都失败了，后来了解到我厂生产大型精铸件质量好，特地闻名而来，要求我厂试制，我们上海电力修造厂有限公司是专业生产大型精铸件的，以给水泵的叶轮，导叶，泵轮为主。该件尺寸大，壁薄，材质是ZG1Cr18Ni9。我们首先考虑的是变形，浇不足。但是为了解决客户的实际需要，我们决定用已有的生产经验进行试制，克服诸多困难，摸索出一套比较合理的工艺方法和工艺参数，试制取得了成功，而且成品率也相当高，客户也相当满意，下面对该件的工艺难点作以简要分析。
 

图1 零件三维模型

1 浇注系统的工艺设计
对如此大型，薄壁的铸件，在浇注过程中极易产生浇不足，冷隔，气孔，夹杂，疏松，变形等缺陷，要避免或减少这些缺陷，浇注系统的工艺设计的正确与否起着至关重要的作用。
浇注系统的设计主要考虑的问题是：
（1）首先是保证金属液能平稳，顺序地流入铸型，从中心冒口分五个流道通过冒口快速充满型腔，冒口设计至关重要，太小补缩不够，过大会造成局部过热而产生热裂现象。
（2）由于铸件外圈壁厚较薄，为了避免浇不足，冷隔现象出现，所以在外圈顶部均匀放置五根排气通道，通过冒口排出气体。对薄壁的精铸件来说这是至关重要的。
（3）铸件的叶片最薄处朝下，靠金属重力及流动性冲击作用，有利于薄壁叶片浇满，同样可避免浇不足，冷隔现象的出现。
（4）同时还要有利于浇注系统的浇冒口焊接及切割的方便。具体的浇冒口工艺如图2所示。
 

图2零件浇冒口工艺图

2  具体工艺过程
2.1模具准备
由于该件体积大制造模具的费用很高，为了节约成本，我们把模具分成三个部分：外圈，叶片，内芯，如图3所示，然后再三体焊接而成。因为外圈形状有
 

图3 模型模具分解示意图
 

四种，每种外圈相应配有不同角度的叶片有近10种，需做十副小的叶片模具。而内芯是相同的，只需换几个数字与型号，一副内芯模具就够了。为了焊接尺寸精确，焊接用金属靠模定位，把外圈，叶片，内芯蜡模焊接成一件，这种方法模具的费用节约了许多，否则的话如果每种型号都开金属模的话要开四十副模具，每副2万多元就要八十多万，我们这种方法只用了十分之一的价格都不到。
2.2蜡模的制造
用人工焊接的方法将外圈，叶片，内芯蜡模焊接成一体，模具价格是节约了很多，但蜡模的焊接就有一点难度，我们也经过好几次试验，总结出一套焊接蜡模方案。首先把叶片，内芯蜡模焊接成一体后放置在平板上，再进行外圈模具打蜡，为了防止外圈蜡模收缩后放不进焊接好的叶片蜡模中，我们把拆模后的外圈蜡模马上套在与内芯已焊接好的叶片蜡模中去，经冷却收缩后外圈蜡模与叶片已基本吻合，再把它们焊接起来就是一个完整的蜡模了，需要说明的是外圈模具拆模时间是关键，若拆模太晚，即蜡模完全冷却后再取出来，由于蜡模放在模具里面冷却收缩收阻，外径φ832mm少收缩0.3％,这时放入的话与叶片就有2～3mm的空隙，焊接就很困难，也易引起偏心，故生产时要注意。一般5～8分钟拆模为宜。
2.3浇注系统的蜡模焊接
为了涂料操作方便浇冒口和出气口的拉筋焊接要牢固，因为该件尺寸大，如果焊接不牢固的话，涂料操作过程中冒口和拉筋会掉下来，为了保证每片叶片都浇满，浇冒口的设计和焊接是至关重要的。
2.4型壳的制造过程
由于该件体积大，对型壳的制造提出很高要求，因为我厂是水玻璃工艺铸造，涂料是采用三面层，刚玉粉和刚玉砂，五层加固层是铝矾土粉和铝矾土砂，共涂八层，全部采用结晶氯化铝硬化，由于该件体积大，蜡模上涂料要相当仔细，凹陷的字母，沟槽要得到充分干燥，每一层之间结合要紧密和牢固，特别是面层干燥没有控制好的话，表面层会脱落造夹渣报废，所以要求型壳的操作过程要相当认真，不能过度干燥，也不能干燥不透。
2．5型壳的脱蜡和焙烧
大型水玻璃型壳的脱蜡要相当重视，把型壳放在吊篮内平稳进入脱蜡槽进行热水脱蜡，全部脱干净蜡后吊起，因为此时模壳湿强度差，体积又大所以要仔细，把模壳里的水全部倒干净，再用干净的水冲洗型腔，这样能保证铸件的表面光洁度，减少夹杂物，脱蜡后放置2～3小时，进行型壳的焙烧，先低温焙烧，再装箱进行高温焙烧，因为铸件大不装箱的话八层涂料型壳的高温强度是不够的，所以要求装箱焙烧，这样铸件不会变形，也不用整形了。
2.6浇注
浇注是整个生产工艺的关键部分，略有疏忽就会前功尽弃，保证把每片1.8mm叶片浇满是有难度的，其中浇注过程的型壳温度和钢水的浇注温度这两个工艺参数是保证把每片叶片浇满的关键，型壳温度和浇注温度必须严格控制，才能浇注出合格的铸件。                           
3结束语
以上是我们对大型水玻璃精密铸造方面的一些经验总结，我们这个精铸工艺的铸件合格率是90%，应该说是很高的，这与职工素质，生产过程质量控制，工艺纪律的严格执行是分不开的，要得到稳定的铸件合格率，技术人员的专心研究，工艺参数的确定是相当重要的。以上仅仅是我们对精铸工艺方面的探索，还需要在各方面进行长期不懈的努力，在大家的共同努力下，把精密铸造做得更精，更好。

参考文献
[1]《熔模精密铸造》编写组，熔模精密铸造.北京：国防工业出版社,1978.12.
[2] 姜不居主编. 熔模铸造手册.北京：机械工业出版社，2000.10.