■ 張之衛(wèi)

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熔模鑄造可以生產(chǎn)出精密復(fù)雜、接近于最終形狀的鑄件產(chǎn)品，20世紀(jì)末以來(lái)，我國(guó)熔模鑄造行業(yè)進(jìn)入到一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期，工藝、設(shè)備和鑄件質(zhì)量水平上有了顯著的提高，雖然與世界行業(yè)先進(jìn)水平還有差距，但在一些高精端產(chǎn)品上，已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

1. 工藝補(bǔ)償?shù)淖饔?/h2>

熔模鑄造生產(chǎn)中，工藝補(bǔ)償是為解決鑄件生產(chǎn)過(guò)程中的鑄造缺陷，在鑄件上增加的部位，此部位對(duì)鑄件實(shí)際尺寸不起作用，只在鑄造生產(chǎn)中起到作用。

由于熔模鑄造生產(chǎn)工藝的獨(dú)有特性，熔模鑄造生產(chǎn)的鑄件最為常見(jiàn)的鑄造缺陷是縮孔或縮松。因熔模鑄造生產(chǎn)的鑄件多為小件，一般熔模鑄造中鑄件的補(bǔ)縮依靠澆注系統(tǒng)即可達(dá)到對(duì)鑄件的補(bǔ)縮作用（特殊情況也可設(shè)置補(bǔ)縮冒口），但是，有個(gè)別如壁厚不均勻、長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)等鑄件，依靠澆注系統(tǒng)無(wú)法完全達(dá)到對(duì)鑄件的補(bǔ)縮效果，這種情況下，采用工藝補(bǔ)償是最有效的手段。

2. 生產(chǎn)應(yīng)用與分析

我公司生產(chǎn)的鐵路用客車迷宮式軸箱前蓋毛坯（見(jiàn)圖1，以下簡(jiǎn)稱前蓋），在生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)時(shí)，因前蓋毛坯的壁厚非常不均勻，在前蓋的4個(gè)耳朵處容易形成鑄造缺陷（縮孔或縮松），而在使用過(guò)程中，前蓋又是通過(guò)4個(gè)耳朵和軸箱體連接，前蓋4個(gè)耳朵是主要的受力部位，為保證鐵路客車運(yùn)輸?shù)陌踩吧w4個(gè)耳朵部位不允許存在任何鑄造缺陷。考慮到眾多有利于澆注過(guò)程中的補(bǔ)縮，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2、圖3、圖4所示的三種澆注系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝試驗(yàn)方案。

圖 1

圖 2

圖 3

圖 4

圖2 采用的是傾斜式澆注形式，以增加對(duì)遠(yuǎn)離內(nèi)澆道的兩個(gè)耳朵的補(bǔ)縮效果；圖3是在采用傾斜式澆注的前提下，遠(yuǎn)離內(nèi)澆道的兩個(gè)耳朵增加了暗冒口，繼續(xù)加大對(duì)遠(yuǎn)離內(nèi)澆道的兩個(gè)耳朵的補(bǔ)縮效果；圖4是在4個(gè)耳朵處都加設(shè)暗冒口，內(nèi)澆道放置在中間位置，以期達(dá)到對(duì)4個(gè)耳朵的補(bǔ)縮效應(yīng)。同時(shí)，我們還按照50℃左右的間隔溫度，在不同的溫度下進(jìn)行澆注，為確定合適的澆注溫度提供依據(jù)。

為避免生產(chǎn)過(guò)程中的偶然性，同種工藝在每一個(gè)澆注溫度段澆注兩件鑄件，共試驗(yàn)生產(chǎn)24件前蓋毛坯鑄件。我們?cè)阡彺采蠈⑶吧w按對(duì)角耳朵的中心線全部鋸開，發(fā)現(xiàn)內(nèi)澆道下耳朵部位的組織致密，未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，但不在內(nèi)澆道下的耳朵部位都存在如圖5、圖6所示的縮孔缺陷。

圖 5

圖 6

針對(duì)上述現(xiàn)象，我們進(jìn)行了分析研究，首先我們確定設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的效果，圖2傾斜式澆注工藝中，由于不在內(nèi)澆道下的兩個(gè)耳朵距內(nèi)澆道的距離過(guò)大，中間前蓋的壁厚又較薄，凝固速度較快，內(nèi)澆道的高溫鋼液無(wú)法對(duì)遠(yuǎn)處兩個(gè)耳朵的厚大部位進(jìn)行補(bǔ)縮；圖3傾斜式澆注工藝雖然在遠(yuǎn)端兩個(gè)耳朵處加設(shè)暗冒口，但由于暗冒口的鋼液不是高溫鋼液，澆注后暗冒口也會(huì)快速凝固，所以對(duì)兩個(gè)耳朵的厚大部位沒(méi)能起到補(bǔ)縮效果，我們將暗冒口切開后也證實(shí)了這個(gè)結(jié)果；圖4雖然減小了內(nèi)澆道與4個(gè)耳朵的補(bǔ)縮距離，也加設(shè)了4個(gè)暗冒口，但由于內(nèi)澆道與4個(gè)耳朵之間的連接壁厚較薄，鑄件凝固時(shí)內(nèi)澆道與耳朵之間的連接壁可能會(huì)很快凝固，內(nèi)澆道的高溫鋼液無(wú)法對(duì)4個(gè)耳朵進(jìn)行補(bǔ)縮，所以無(wú)法保證4個(gè)耳朵凝固時(shí)的補(bǔ)縮。

通過(guò)分析及試驗(yàn)產(chǎn)品的驗(yàn)證，我們得出結(jié)論，要想解決4個(gè)耳朵厚大部位的補(bǔ)縮，必須解決內(nèi)澆道與4個(gè)耳朵的補(bǔ)縮通道問(wèn)題，因此我們?cè)谇吧w上設(shè)計(jì)了如圖7所示的工藝補(bǔ)償，以增大4個(gè)耳朵中內(nèi)澆道之間的補(bǔ)縮通道，制成蠟?zāi)＜芭c澆道組合后如圖8所示。

在這個(gè)工藝設(shè)計(jì)中，我們通過(guò)在前蓋的兩個(gè)耳朵中間增加的工藝補(bǔ)償，加大了內(nèi)澆道同4個(gè)耳朵之間的補(bǔ)縮通道，保證補(bǔ)縮通道在鑄件凝固時(shí)延后凝固，進(jìn)一步提高澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道對(duì)前蓋4個(gè)耳朵厚大部位凝固過(guò)程中的補(bǔ)縮效果，保證得到質(zhì)量完好的鑄件。按此種工藝，我們將4種軸箱前蓋（形狀基本相同，尺寸有差別）各制作了6個(gè)殼型，并按原來(lái)制訂的澆注工藝，間隔50℃左右的三種澆注溫度各澆注兩個(gè)前蓋殼型，共澆注試驗(yàn)前蓋毛坯24件。然后將前蓋毛坯按對(duì)角耳朵的中心線全部鋸開，在所有耳朵厚大部位未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，得到如圖9所示的致密組織。

圖 7

圖 8

圖 9

為驗(yàn)證生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性，我們又按同種生產(chǎn)工藝試驗(yàn)了一組24件前蓋毛坯，并按工藝流程進(jìn)行了熱處理、機(jī)加工，然后又全部按對(duì)角耳朵的中心線全部鋸開，未發(fā)現(xiàn)一件前蓋存在鑄造缺陷。至此，迷宮式軸箱前蓋毛坯的縮孔、縮松鑄造缺陷徹底解決，前蓋毛坯投入批量生產(chǎn)。

3. 結(jié)語(yǔ)

由于專業(yè)的差異，考慮的重點(diǎn)不同，零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者主要考慮的是零件的使用安全性能、裝配的便捷性能以及成本的節(jié)約等方面，而忽略零件鑄造的難易度，這無(wú)疑為零件的鑄造生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)增加了難度。因此，針對(duì)熔模鑄造工藝的生產(chǎn)特性，希望采用熔模鑄造生產(chǎn)的零件在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿足零件工作要求的前提下，零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能兼顧到熔模鑄造的工藝特性。

通過(guò)迷宮式軸箱前蓋的工藝試驗(yàn)，我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到工藝補(bǔ)償在熔模鑄造生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)中的重要性。