陳海軍，成 江，肖海波，楊 偉

（東風(fēng)精密鑄造有限公司，湖北十堰 442714）

殼型鑄造是通過(guò)覆膜砂在模具型腔中受熱固化形成一層薄的砂型，砂型與型芯組裝后澆注形成鑄件。覆膜砂中的酚醛樹(shù)脂在澆注過(guò)程中受鋼水高溫作用瞬間氣化產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體如果不能通過(guò)一定的通道排出，則會(huì)與鋼液充分接觸，進(jìn)而在鑄件表面或內(nèi)部產(chǎn)生氣孔缺陷。另外型內(nèi)氣體會(huì)加大金屬液流的阻力，在發(fā)氣量大的部位或兩股鋼液交匯處產(chǎn)生明顯的氣痕缺陷[1]。本文主要探討了東風(fēng)精鑄采用覆膜砂殼型鑄造生產(chǎn)中小精密鑄件過(guò)程中，幾種常見(jiàn)的排氣式澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)在提高鑄件表面質(zhì)量方面的研究和實(shí)踐。

1 鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鑄鐵件因其良好的流動(dòng)性及較低的澆注溫度，對(duì)覆膜砂的耐火度要求不高，因此覆膜砂中的樹(shù)脂等添加劑含量相對(duì)不高，澆注后砂殼產(chǎn)生的氣體相對(duì)較少，因此鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)于重量不大的中小精鑄件來(lái)說(shuō)，在滿足必要的液態(tài)補(bǔ)縮前提下，可盡量簡(jiǎn)化澆注系統(tǒng)及排氣方式，以便提升出品率，降低覆膜砂等原輔材料消耗。通常鑄鐵件出品率控制在65%以上，砂鐵比≤1.6，能夠?qū)崿F(xiàn)500元/t的收益。

1.1 橫澆道排氣

鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，橫澆道采用搭接方式能夠起到防止鐵水紊流、減緩沖砂的作用，從而減少鑄件表面粘砂缺陷。在橫澆道與內(nèi)澆口交接處設(shè)計(jì)排氣通道，保證鐵水進(jìn)入零件型腔前氣體能充分逸出，同時(shí)還在一定程度上起到補(bǔ)縮鑄件的作用，如圖1所示。需要注意的是，排氣道直徑過(guò)小則澆注憋氣，容易造成主澆道鐵水無(wú)法注滿，對(duì)于中小精鑄件來(lái)說(shuō)，可根據(jù)零件大小適當(dāng)設(shè)置排氣道直徑，一般為20 mm～35 mm為宜，高度與澆口杯平齊，保證鐵水無(wú)外溢。該排氣方法簡(jiǎn)單快捷，模具制作也方便，直澆道及兩側(cè)排氣道做成活塊，裝上活塊制作層間空心砂殼，取下活塊制作底座實(shí)心砂殼，考慮型腔深度，疊箱后的模組頂層需單獨(dú)粘接排氣筒與澆口杯，從而實(shí)現(xiàn)澆注后氣體能自下而上逐層排出，切換和維修也十分方便。圖2所示為某發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架砂殼組裝示意圖，鑄件單重1.78 kg，疊箱六層，砂殼厚度約8 mm，層間用支點(diǎn)連接，鑄件表面光潔，無(wú)氣孔、橘皮、粘砂等缺陷，生產(chǎn)效率極高。

圖1 某懸置支架澆注系統(tǒng)示意圖

圖2 某懸置支架砂殼示意圖

1.2 澆口杯排氣

對(duì)于厚大精鑄件來(lái)說(shuō)，中間入水兩側(cè)橫澆道排氣方式無(wú)法滿足鑄件必要的液態(tài)補(bǔ)縮，這就需要雙澆道直接補(bǔ)縮鑄件，中間用搭接式橫澆道連接來(lái)實(shí)現(xiàn)緩沖，澆注時(shí)一側(cè)入水，另一側(cè)排氣。圖3所示為某配重塊澆注系統(tǒng)示意圖，該產(chǎn)品單重2.4 kg，材質(zhì)為HT250，疊箱四層，工藝出品率可達(dá)68%以上，兩個(gè)澆口杯可保證足夠的補(bǔ)縮壓力，同時(shí)排氣效果也十分顯著。另外在砂殼合?？p隙留出一定深度的沉槽也可實(shí)現(xiàn)排氣效果，這對(duì)消除鑄件遠(yuǎn)端部位的氣孔尤為重要，沉槽深度一般為0.2mm，長(zhǎng)度為20mm～25 mm，如圖4所示，鑄件相當(dāng)于分型面位置多了一層薄片，打磨去除即可。砂殼合模后由于內(nèi)部凹凸槽的存在確保不會(huì)出現(xiàn)澆注跑火現(xiàn)象，同時(shí)又能保證型內(nèi)氣體沿分模面逸出。

圖3 某配重塊澆注系統(tǒng)示意圖

圖4 合?？p隙排氣示意圖

1.3 頂端排氣

圖5所示為某轉(zhuǎn)向節(jié)澆注系統(tǒng)示意圖，鑄件單重5.56 kg，安保件，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鎖緊孔及減重器安裝懸臂等厚大位置均不允許存在縮孔缺陷，另外鑄件的金相組織、取樣部位、切片硬度等都有極嚴(yán)格的要求。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮分型方便及消除縮孔，在靠近懸臂的弧形位置增加少量工藝補(bǔ)貼，形成腰圓型凸臺(tái)用來(lái)放置內(nèi)澆口，一組兩件，左右對(duì)稱分布，上下分型無(wú)單獨(dú)型芯。排氣道位于上端面，直徑20 mm，型腔內(nèi)氣體匯聚至上平面后從該處排出?？紤]澆注后排氣道方便去除，可在根部設(shè)計(jì)縮頸，鑄件直接沿縮頸錘擊去除排氣道，打磨余根即可。轉(zhuǎn)向節(jié)上平面為重要裝配面，不允許有氣孔、砂眼等鑄造缺陷，頂端排氣很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，鑄件表面光潔度可與熔模工藝相媲美，如圖6所示。

圖5 某轉(zhuǎn)向節(jié)澆注系統(tǒng)示意圖

圖6 轉(zhuǎn)向節(jié)鑄件

2 鑄鋼件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于殼型工藝?yán)錃沧?lái)說(shuō)，鑄鋼件澆注溫度一般在1580℃～1620℃左右，高溫作用下沖砂和發(fā)氣相對(duì)嚴(yán)重，這就要求鑄鋼件的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，須充分考慮緩沖和排氣，甚至是多種排氣方式相結(jié)合。通常情況下，鑄鋼件出品率控制在60%以上，砂鐵比≤2.4.

2.1 遠(yuǎn)端排氣

對(duì)于鑄鋼件來(lái)說(shuō)，依靠橫澆道和澆口杯排氣還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，頂端排氣又無(wú)法實(shí)現(xiàn)層間上下連接，這時(shí)就需要遠(yuǎn)端排氣方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在鑄件最遠(yuǎn)端的外側(cè)設(shè)計(jì)排氣道。圖7所示為某前下防護(hù)支架示意圖，該產(chǎn)品薄壁且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單重4.12 kg，材質(zhì)為ZGD650-830，平均壁厚只有6 mm，最薄位置僅3.7 mm，為防止冷殼澆注時(shí)出現(xiàn)冷隔澆不足缺陷，薄壁位置放置在下型，利用重力作用提高充型能力。直澆道設(shè)計(jì)為階梯式連接，內(nèi)澆口為弧形爬坡式，減緩鋼水對(duì)砂型的沖刷，防止大面積粘砂現(xiàn)象出現(xiàn)。兩側(cè)排氣道與產(chǎn)品連接，直徑30 mm，分型也十分方便。澆注時(shí)鋼水從直澆道進(jìn)入后，經(jīng)過(guò)內(nèi)澆口的緩沖，型腔平穩(wěn)充型，氣體被鋼水趕往兩側(cè)排出。批量生產(chǎn)表明，遠(yuǎn)端排氣方式大大地降低了鑄鋼件表面產(chǎn)生氣孔的幾率，鑄件未出現(xiàn)橘皮、麻點(diǎn)、粘砂等缺陷，表面粗糙度可達(dá)12.5 μm，完全替代熔模工藝生產(chǎn)。另外由于殼型鑄件尺寸穩(wěn)定這一優(yōu)良的特點(diǎn)，前下防護(hù)支架無(wú)需校正即可滿足加工要求，極大地促進(jìn)了效能提升。

圖7 某前下防護(hù)支架示意圖

2.2 排氣孔排氣

圖8所示為某橫梁底座示意圖，該產(chǎn)品單重6.84 kg，材質(zhì)為ZGD410-700，左右對(duì)稱件，模具與鑄件按2.0%放縮。試制初期采用直澆道直接對(duì)準(zhǔn)厚大位置充型，由于受鋼液高溫作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鑄件內(nèi)澆口附近粘砂現(xiàn)象非常嚴(yán)重。后期將直澆道移位，與橫澆道之間采用臺(tái)階式連接，保證鋼水進(jìn)入產(chǎn)品前有足夠的緩沖，橫澆道高于內(nèi)澆口，保證補(bǔ)縮的同時(shí)實(shí)現(xiàn)集渣作用。鑄件厚大凸臺(tái)處可鑄反向沉孔或使用冷鐵等方式來(lái)降低縮孔風(fēng)險(xiǎn)。側(cè)面兩處排氣道設(shè)置在兩股鋼水匯合處，保證氣體充分逸出。另外在圓環(huán)端面設(shè)置幾處直徑為4 mm的排氣孔也可起到一定的排氣作用，即上砂殼表面露出幾處圓孔，澆注時(shí)鋼液在圓孔處與外界大氣接觸后快速凝固，確保鋼水無(wú)外溢，鑄件打磨清理也十分方便。實(shí)踐證明，排氣孔排氣對(duì)于消除鑄鋼件表面氣孔缺陷效果顯著。

3 結(jié) 論

減緩沖砂及型腔排氣是殼型精鑄澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要考慮因素，搭接式緩沖澆道，多種排氣方式相結(jié)合，能夠消除殼型精鑄件表面缺陷；合理的澆注系統(tǒng)及排氣方式設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)殼型精鑄件表面質(zhì)量提升及穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖8 某橫梁底座示意圖

參考文獻(xiàn)：

［1］ 樊自田.鋯砂覆膜砂鑄鋼件表面缺陷的形成機(jī)制及防治措施［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2007（1）：69-71.