閻士標(biāo)，孫志浩，劉建功，孟慶子，邢董星，郝光

1.河北太行機(jī)械工業(yè)有限公司 河北石家莊 052165

2.陸軍71901部隊(duì) 山東聊城 252000

1 序言

在鑄件的鑄造成形過(guò)程中，砂芯用來(lái)形成鑄件的空腔。在鑄型的組合過(guò)程中，砂芯的定位非常關(guān)鍵，如果砂芯放置時(shí)位置不準(zhǔn)，鑄件會(huì)產(chǎn)生冷隔、澆不足、壁厚不均及重量超差等缺陷，從而產(chǎn)生廢品。目前，用普通手工造型方式，砂芯定位常用的方法是用一些簡(jiǎn)單的輔具進(jìn)行定位，這種方法對(duì)一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸公差較大的鑄件還可以滿足要求，但對(duì)于一些尺寸精度要求較高、鑄件重量控制比較嚴(yán)格的復(fù)雜鑄件，則根本不能滿足鑄件的要求，需要專用裝具來(lái)保證組型過(guò)程中砂芯的位置，從而保證鑄件尺寸的要求。

2 箱體鑄件形狀及尺寸公差要求

某箱體鑄件為航空裝備重要零件，材料為鋁合金ZL101A。鑄件外形如圖1所示，橫向剖視如圖2所示，縱向剖視如圖3所示。

圖1 箱體鑄件外形

圖2 箱體鑄件橫向剖面

由圖1～圖3可看出，該箱體是一個(gè)框式結(jié)構(gòu)鑄件，中間為壁厚15mm的腔體，頂面有6個(gè)凸塊，左右兩側(cè)各3個(gè)凸塊，每個(gè)凸塊為中空結(jié)構(gòu)，凸塊最小壁厚15mm，鑄件重量30kg。由于該箱體的特殊用途，鑄件有兩個(gè)重要尺寸，具體要求如下。

圖3 箱體鑄件縱向剖面

1）6個(gè)頂面凸塊型腔B面相對(duì)于中間型腔A面的140mm尺寸差值要求≤1mm。

2）左邊3個(gè)頂部凸塊型腔C面和中間型腔E面、右邊3個(gè)頂部凸塊型腔D面和中間型腔F面之間的尺寸（30mm）差值要求≤1mm。

除這兩個(gè)重要尺寸外，鑄件其余尺寸公差按GB/T 6414—2017《鑄件尺寸公差 、幾何公差與機(jī)械加工余量》中DCTG 10級(jí)執(zhí)行。

3 箱體鑄件試制工藝及重要尺寸情況

由于箱體鑄件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，所以初步試制時(shí)采用砂型鑄造方法，具體造型工藝如下。

1）采用普通手工造型方式。

2）分型工藝采用上、中、下三箱造型。

3）型模、芯模均采用木質(zhì)材料模樣。

4）鑄造用砂采用呋喃樹脂砂。

5）砂芯的固定采用專用黏結(jié)泥粘接，砂芯定位尺寸采用鋼板尺測(cè)量。

鑄件工藝分型方案如圖4所示，鑄件下箱鑄型如圖5所示，鑄件中箱鑄型如圖6所示，鑄件中間型腔芯如圖7所示，鑄件頂部凸塊型腔芯如圖8所示，箱體鑄件鑄型（省略上箱）如圖9所示。

圖4 箱體鑄件工藝分型方案

圖5 箱體鑄件下箱鑄型

圖6 箱體鑄件中箱鑄型

圖7 箱體鑄件中間型腔芯

圖8 箱體鑄件頂面凸塊型腔芯

圖9 箱體鑄件鑄型

鑄件試制尺寸情況如下。

共試制鑄件3件，打磨清理后，對(duì)鑄件尺寸進(jìn)行檢測(cè)，除兩個(gè)重要尺寸外，其余尺寸均滿足GB/T 6414—2017中DCTG 10級(jí)要求，兩個(gè)重要尺寸檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 箱體鑄件試制重要尺寸檢測(cè)結(jié)果

從表1可看出，這兩個(gè)尺寸檢測(cè)結(jié)果超出了箱體尺寸要求。

4 箱體鑄件重要尺寸超差原因分析

經(jīng)分析，箱體鑄件重要尺寸超差原因主要有以下幾點(diǎn)。

1）中間型腔芯外形尺寸較大，面積也大，芯模為簡(jiǎn)易木質(zhì)模樣，模樣尺寸精低差，手工制芯時(shí)，砂芯會(huì)產(chǎn)生變形、臌脹等現(xiàn)象，很難保證在整個(gè)平面寬度200mm尺寸內(nèi)的一致性。

2）制作頂部凸塊型腔芯時(shí)，芯模為木質(zhì)模樣，很難保證B面、C面、D面的平面度在技術(shù)要求范圍之內(nèi)。

3）組合頂部凸塊型腔芯時(shí)，是在砂芯底部涂上一定厚度的黏結(jié)泥，然后和中箱鑄型黏接在一起。水平定位30mm、垂直定位140mm尺寸時(shí)，是用鋼板尺測(cè)量定位的，鋼板尺屬于低精度量具，目測(cè)尺寸時(shí)誤差較大，因此造成尺寸超差。

4）造成尺寸超差主要的原因在于手工操作時(shí)誤差較大，組芯時(shí)很難保證各砂芯之間的位置要求，因此必須采用專用裝具才能保證要求。

5 箱體鑄件工藝改進(jìn)

根據(jù)以上原因分析，我們對(duì)箱體鑄件鑄造工藝進(jìn)行了改進(jìn)。

1）將兩個(gè)砂芯模具材料由木質(zhì)改成鋁材，同時(shí)提高模具尺寸加工精度，以減小砂芯在制作過(guò)程中的變形量。

2）制作砂芯時(shí)，在中間型腔芯E面、F面覆一層10m m厚的石墨板，在頂部凸塊型腔芯B面、C面、D面覆一層5mm厚的石墨板，以提高砂芯這些面的平面度，便于砂芯裝配定位時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)尺寸進(jìn)行測(cè)量。中間型腔芯石墨板和樹脂砂組合如圖10 所示。

圖10 中間型腔芯石墨板和樹脂砂組合

3）在鑄型組芯時(shí)，采用砂芯組合定位裝具對(duì)中間型腔芯和頂部凸塊型腔芯進(jìn)行精確定位，以保證鑄件重要尺寸的要求。

6 砂芯組合定位裝具的結(jié)構(gòu)設(shè)想及功能

砂芯組合定位裝具（以下簡(jiǎn)稱裝具）是以中間型腔芯上部為定位基準(zhǔn)，裝具上裝有水平測(cè)板和高低測(cè)板，同時(shí)對(duì)頂部凸塊型腔芯水平位置和高低位置進(jìn)行定位。水平測(cè)板可以左右滑動(dòng)，用來(lái)測(cè)量頂面凸塊型腔C面和中間型腔E面、頂面凸塊型腔D面和中間型腔F面之間30mm的距離。設(shè)計(jì)裝具時(shí)，通過(guò)保證水平測(cè)板左右滑動(dòng)的距離相等，就可以保證6處30mm尺寸在要求范圍之內(nèi)。高低測(cè)板用來(lái)測(cè)量頂部凸塊型腔的B面相對(duì)于中間型腔A面的距離。該裝具可以前后移動(dòng)，可對(duì)不同的砂芯進(jìn)行定位，可以用同一個(gè)高低測(cè)板保證各砂芯之間的尺寸誤差在要求范圍之內(nèi)[1]。

7 裝具的結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，該裝具結(jié)構(gòu)及零件組成如圖11所示。除標(biāo)準(zhǔn)件外，其余零件均用2A12鋁合金材料制造。

圖11 砂芯組合定位裝具結(jié)構(gòu)

裝具三維實(shí)物如圖12所示[2]。

圖12 砂芯組合定位裝具三維實(shí)物

8 裝具各零件的作用

1）底板形狀為長(zhǎng)方形，底部有4個(gè)支腳，兩支腳間寬度方向上內(nèi)側(cè)距離為（200±0.5）mm，用來(lái)與中間型腔芯頂部配裝定位。底板上面固定有4個(gè)滑座，用來(lái)固定2個(gè)滑桿?；瑮U用來(lái)支撐滑板，配裝后，滑板可帶動(dòng)其他件在滑桿上靈活滑動(dòng)。

2）水平測(cè)座通過(guò)螺釘和滑板聯(lián)接，水平測(cè)座上表面有和高低測(cè)板相配的凹槽，配裝后，高低測(cè)板下表面距底板底部平面間的距離為140mm，用來(lái)測(cè)量中間型腔A面和頂部型腔芯B面的高度尺寸。

3）水平測(cè)座中有和水平測(cè)板配裝的方孔，水平測(cè)板配裝后，推桿和水平測(cè)板通過(guò)螺紋聯(lián)接，推桿可帶動(dòng)水平測(cè)板在水平測(cè)座內(nèi)左右靈活移動(dòng)，用于測(cè)量頂部凸塊部型腔芯C面、D面到中間型腔E面、F面的距離尺寸。水平測(cè)板滑動(dòng)狀態(tài)如圖13所示。

圖13 水平測(cè)板滑動(dòng)狀態(tài)示意

4）擋塊和水平測(cè)座通過(guò)銷鉚接固定，水平測(cè)板移動(dòng)時(shí)，擋塊可對(duì)水平測(cè)板進(jìn)行限位。水平測(cè)板向左、向右移動(dòng)到極限位置時(shí)，水平測(cè)板左邊、右邊到到中心的距離均為130mm，這樣就能保證頂部凸塊部型腔芯C面、D面到中間型腔E面、F面的距離尺寸均為30mm。

5）提桿為T形零件，通過(guò)螺紋和底板聯(lián)接，用手握住提桿，可方便對(duì)裝具進(jìn)行移動(dòng)。

9 裝具的使用方法

9.1 中間型腔芯的固定

組芯時(shí)，先把下箱鑄型放平，然后把中間型腔芯和下箱鑄型組合在一起，將中箱放在下箱上面，用手握住提桿，用裝具下部4個(gè)支腳測(cè)試中間型腔芯和中箱鑄型之間的間隙，調(diào)整中間型腔芯的位置，直到4個(gè)支腳均能順利放入砂芯和中箱之間的間隙中，此時(shí)裝具的下表面和中間型腔砂芯的上表面接觸。這樣，砂芯和鑄型中箱的中心基本對(duì)正。此時(shí)，由于中間型腔砂芯上表面覆有石墨板，表面比較平整，因此整個(gè)裝具基本處于水平狀態(tài)。

9.2 頂部凸塊型腔芯位置的固定

頂部凸塊型腔芯共6個(gè)，分成3組，對(duì)稱分布。固定此芯時(shí)，是用黏結(jié)泥將此芯和中箱鑄型黏接。下面以右邊第二個(gè)頂部凸塊型腔砂芯為例，說(shuō)明使用該裝具定位砂芯的方法。

先不抹黏結(jié)泥，將頂部凸塊型腔芯放入中箱鑄型芯座中，然后將裝具放入鑄型中，同時(shí)向右推動(dòng)推桿，使水平測(cè)板向右移動(dòng)到右邊極限位置。此時(shí)，砂芯正確的位置是砂芯D面與水平測(cè)板的右邊剛好接觸，砂芯的B面與裝具高低測(cè)板底面剛好接觸。此時(shí)，觀察試芯D、B兩個(gè)面與裝具水平測(cè)板、高低測(cè)板之間的距離，根據(jù)距離的大小、操作經(jīng)驗(yàn)，將試芯取出，在芯頭處抹一定厚度的黏結(jié)泥，然后重新放入中箱芯座處，用裝具再次測(cè)量這兩處距離，反復(fù)多次，直到砂芯D、B兩個(gè)面和裝具兩個(gè)面剛好接觸為止，此時(shí)頂部凸塊型腔砂芯位置即固定好，如圖14所示。

圖14 頂部凸塊型腔芯固定示意

按照上述方法，即可對(duì)其余5個(gè)頂部凸塊型腔芯進(jìn)行定位。

9.3 定位裝具的取出

所有砂芯固定好后，用手握住裝具上的提桿，將裝具從鑄型中取出，放在專用位置保存，鑄型即可合箱進(jìn)行澆注。

10 箱體鑄件使用裝具后重要尺寸的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證用此裝具組型后鑄件尺寸情況，又生產(chǎn)了3件鑄件，對(duì)鑄件進(jìn)行清理打磨后，對(duì)重要尺寸進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 箱體鑄件工藝改進(jìn)后重要尺寸檢測(cè)結(jié)果

從表2可看出，3件箱體鑄件尺寸均在鑄件要求范圍之內(nèi)，說(shuō)明用此裝具組芯后，能有效控制鑄件的尺寸，滿足箱體鑄件的要求，因此可用此裝具進(jìn)行批量生產(chǎn)。

11 結(jié)束語(yǔ)

砂芯組合定位裝具在箱體鑄件工藝及試生產(chǎn)中的應(yīng)用，有以下幾點(diǎn)實(shí)際意義。

1) 該定位裝具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，尺寸精度高，能保證中間型腔芯和頂部凸塊型腔芯位置相對(duì)固定，從而保證鑄件尺寸要求，降低鑄件廢品率。

2）該裝具的成功應(yīng)用，可為其他類似鑄件試制生產(chǎn)起到技術(shù)借鑒作用。

3）該裝具是在我公司現(xiàn)有生產(chǎn)條件下設(shè)計(jì)的一種定位裝具，其應(yīng)用有一定的局限性。如果該箱體鑄件在生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)條件好的企業(yè)生產(chǎn)，肯定有更好的方法，因此該裝具不一定是最優(yōu)的裝具結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在今后的生產(chǎn)中，我們會(huì)不斷對(duì)此裝具進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化此裝具的結(jié)構(gòu)，提高此裝具的精度，以更好地提高鑄件質(zhì)量。