■李健,，侯丹

摘要：介紹了礦山用KF60自卸車零件折頁軸承的消失模鑄造工藝。實(shí)踐表明,，與傳統(tǒng)砂型鑄造相比,，消失模鑄造生產(chǎn)效率高，制造成本低,，生產(chǎn)的折頁軸承表面光潔,，可減少鑄件清理工作量，經(jīng)濟(jì)效益顯著,。

關(guān)鍵詞：消失模鑄造,；折頁軸承；氣孔,；夾渣

折頁軸承是我公司修造KF60自翻車車門上的零件,，安排生產(chǎn)這類小型鑄件時(shí)數(shù)量要求較多，工期通常要求很緊,。以往生產(chǎn)該類鑄件采用的是傳統(tǒng)工藝砂型鑄造,，特點(diǎn)是生產(chǎn)效率低,，生產(chǎn)工期很長，清理工作量大,，制造成本高,，滿足不了公司修造車的工期要求。

消失模鑄造作為一種新型,、先進(jìn)的鑄造技術(shù),，其工藝特點(diǎn)是：把涂有耐火材料涂層的泡沫塑料模樣放入砂箱，模樣四周用干砂充填緊實(shí),，澆注時(shí)高溫金屬液使其熱解“消失”,，并占據(jù)泡沫塑料模樣所退出的空間而最終獲得鑄件的鑄造技術(shù)。澆注過程中抽真空,，一方面避免了澆注過程干砂的坍塌，另一方面也有利于澆注過程中泡沫塑料模樣分解物的排出,。因此,，消失模鑄造是一種無余量、精確成形的新工藝,，該工藝無需起模,，無分型面，無砂芯,，因而鑄件無飛翅,、毛刺，無起模斜度,，采用干砂造型,，節(jié)省型砂粘結(jié)劑，砂子可以回收使用,，澆注后鑄件表面干砂易于脫落,，清砂、精整處理簡單容易,，因而顯著降低了生產(chǎn)成本,。小型鑄件可串聯(lián)在一起進(jìn)行澆注，生產(chǎn)效率高,。

鑒于采用消失模鑄造與砂型鑄造相比,，具有一些明顯的優(yōu)越性，同時(shí)以往采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)這類小型鑄件積累了一些經(jīng)驗(yàn),，公司有關(guān)技術(shù)人員決定采用消失模鑄造技術(shù)進(jìn)行折頁軸承的生產(chǎn),。

1. 折頁軸承的技術(shù)要求

折頁軸承的結(jié)構(gòu)尺寸為150mm×194mm×36mm，屬于薄壁類小型鑄件,，如圖1所示,。

鑄件材質(zhì)為ZG230-450,，毛坯重量為4.8kg，除A,、B,、C面需進(jìn)行機(jī)加工外，其他表面均需光滑平整,；鑄件不得存在氣孔,、裂紋、縮松,、夾砂及夾渣等鑄造缺陷,。

2. 折頁軸承的消失模鑄造工藝方案

采用消失模鑄造生產(chǎn)的鑄鋼件，其表面容易出現(xiàn)氣孔,、夾渣等鑄造缺陷,，這些缺陷是由于泡沫塑料模樣在分解汽化過程中產(chǎn)生的氣體和殘?jiān)鸬模虼朔乐巩a(chǎn)生氣孔,、夾渣缺陷是制訂工藝方案時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題,。

（1）澆注位置及工藝參數(shù)的確定 鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置，是制訂工藝方案首先要考慮的問題,。正確的澆注位置應(yīng)能保證獲得健全的鑄件,，并使裝箱和清理方便。

為防止折頁軸承的重要工作表面產(chǎn)生鑄造缺陷,，澆注位置的選擇是在澆注時(shí)將鑄件重要面放在底部或側(cè)面,，能防止這些面產(chǎn)生砂眼、氣孔,、夾渣等鑄造缺陷,，從而保證重要面A、B,、C面的質(zhì)量要求,。同時(shí)泡沫塑料模樣較大面積的面處于垂直的位置，有利于澆注過程中排氣,。鑄鋼材料的線收縮較大,，因此確定線收縮率為2%，加工余量+6mm,。

（2）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 消失模鑄造產(chǎn)生的鑄造缺陷與澆注系統(tǒng)以及冒口的結(jié)構(gòu)和形式是否合理密切相關(guān),。

采用底注式澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆道開設(shè)在鑄件底部側(cè)面（見圖2）,，由于鑄件壁厚較薄且較均勻,，不需設(shè)置冒口。采用底注式澆注系統(tǒng),，金屬液流充填平穩(wěn),，可抑制汽化模的發(fā)氣量,，同時(shí)使金屬液上升方向與泡沫塑料分解汽化生成物的流向一致，有利于排氣浮渣,，可極大地減少鑄件產(chǎn)生氣孔,、夾渣缺陷的傾向。

（3）模樣的制作 消失模鑄造鑄件尺寸精度和表面粗糙度取決于泡沫塑料的質(zhì)量,，依據(jù)工藝圖尺寸制作樣板,，模樣材料為聚苯乙烯泡沫塑料板，對泡沫塑料板材的要求是具有較好的內(nèi)在質(zhì)量,，不允許有夾雜和疏松缺陷,，強(qiáng)度和表面剛性好，消失模鑄造用的泡沫塑料有一定的密度要求,。密度太大,，泡沫模汽化時(shí)從金屬液中吸收的熱量越多，除影響金屬液的充型能力外,，汽化后產(chǎn)生的氣體和汽化物殘?jiān)捕?，鑄件易產(chǎn)生氣孔和夾渣缺陷；密度太小,，制作的泡沫模樣強(qiáng)度太低，會影響鑄件的表面質(zhì)量和尺寸精度,。因此,，選擇泡沫模樣的密度為0.16～0.25kg/m3。為保證模樣尺寸的穩(wěn)定性,，制作泡沫模樣前將泡沫板在溫度為40～50℃干燥窯內(nèi)烘干12h左右,，利用樣板和計(jì)算機(jī)控制的電熱絲切割器將模樣加工成兩部分，然后用粘結(jié)劑將兩部分組裝成鑄件形狀,，泡沫模樣制作完畢后,，再手工進(jìn)行修型并進(jìn)行工藝尺寸的檢測，然后黏結(jié)上內(nèi)澆道,。

（4）涂料涂刷及干燥 折頁軸承模樣制作完成后,，進(jìn)行刷涂料，采用自行研制的水基硅砂粉涂料,，涂刷完一遍涂料后,，在干燥窯內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干溫度為40～50℃,，烘干后再涂刷一遍,，最后得到厚度為2.0mm的涂層。烘干時(shí),，模樣應(yīng)平穩(wěn)地放置在加工平直的型板上或懸掛起來,，以防止變形,。干燥后的模樣，應(yīng)放置在濕度較小的地方,，防止吸潮,。

（5）裝箱及震實(shí) 裝箱前用一根橫澆道將多個(gè)折頁軸承串聯(lián)起來組成模樣組。裝箱用的型砂粒度為40/70目干硅砂,，型砂在使用過程中應(yīng)控制溫度,，必須低于40℃，防止溫度過高而使模樣變形,。在模樣裝箱前,，先在砂箱底部鋪一層底砂，厚度為80～120mm,，振動緊實(shí)刮平后放入折頁軸承模樣組,。

安裝連接橫澆道，將幾個(gè)模樣組連接起來,，然后再安裝直澆道, 使∑F直∶∑F橫∶∑F內(nèi)=3∶2.8∶1,。這種澆注系統(tǒng)呈封閉式，能充滿直澆道而建立起一定的液體金屬靜壓力,，能夠克服分解氣體的反壓力,，使金屬液基本上呈層流狀充填。將直澆道安裝在連接橫澆道中間,，連接處一定要去凈涂料層,，膠好并加鐵釘固定搭接，然后繼續(xù)裝硅砂,，裝80～100mm砂層后要按X,、Y軸方向按鈕震實(shí)一次，當(dāng)砂子埋到砂箱4/5高時(shí),，按X,、Y、Z軸方向按鈕震實(shí),。

圖1 折頁軸承結(jié)構(gòu)

圖2 折頁軸承的工藝示意

將砂子裝滿后,，再振動一次，將砂子刮平,，覆蓋塑料布,，放上澆口杯，塑料布上覆蓋20mm厚的砂子,，上面蓋保護(hù)鋼板,，以免澆注時(shí)鋼液飛濺，損壞塑料布，破壞真空,。

（6）澆注工藝 采用5t/h堿性電弧爐氧化還原的方法進(jìn)行冶煉,，要求出爐溫度為1600～1620℃，調(diào)整完化學(xué)成分,，鋼液溫度符合要求,，檢驗(yàn)鋼液脫氧情況的圓杯試樣收縮良好，停止供電,，升高電極,，加鋁終脫氧出鋼。

澆包在出鋼前應(yīng)經(jīng)過充分烘烤,，可在電弧爐煉鋼送電過程的同時(shí)開始烘烤,，直到鋼液出爐為止，在烘烤澆包過程中,，應(yīng)隨時(shí)注意調(diào)整火力,，原則是火力由小逐漸增大，以防止急火將耐火材料襯層烤裂,，工藝要求將澆包內(nèi)襯烘烤至700～1000℃（呈紅色或暗紅色）,。

澆注前使用熱電偶仔細(xì)測量溫度，鎮(zhèn)靜鋼液,，根據(jù)出鋼后包內(nèi)測溫結(jié)果選擇鎮(zhèn)靜時(shí)間,，包內(nèi)降溫夏季3℃/min，冬季按5℃/min,。出鋼后使鋼液在鋼包內(nèi)鎮(zhèn)靜一段時(shí)間,，有利于懸浮在鋼液中的氣體和夾雜物上浮及對澆注溫度進(jìn)行控制。

消失模鑄造澆注時(shí)塑料泡沫模樣要吸收液體金屬的熱量才能汽化,，為了得到組織健全的鑄件，必須提高金屬液的澆注溫度來補(bǔ)償汽化模汽化吸收的熱量損失,，因此澆注溫度要比砂型鑄造高20～50℃,。

提高澆注溫度，有利于泡沫塑料模的分解汽化過程中產(chǎn)生的氣體順利排除,，對防止鑄鋼件產(chǎn)生氣孔是十分有利的,，但澆注溫度過高，會產(chǎn)生熱裂紋缺陷,，因此在砂型鑄造澆注溫度的基礎(chǔ)上,，適當(dāng)提高澆注溫度，將澆注溫度控制在1530～1560℃,。

澆注前開動真空泵抽真空,，真空度控制在0.06 ～0.09MPa。

澆注方法,，遵循“一慢,、二快,、三穩(wěn)”的原則。

在澆注初期,，特別是金屬液剛接觸泡沫塑料模樣的瞬間,，當(dāng)直澆道沒充滿或剛開始澆注時(shí)金屬液的靜壓頭小于泡沫模分解產(chǎn)物的氣體壓力時(shí)，由于模樣材料汽化所產(chǎn)生的大量氣體,，過快澆注易產(chǎn)生反噴現(xiàn)象,，為避免這種現(xiàn)象，在澆注開始階段可采取先細(xì)流慢澆的方法,，待澆注系統(tǒng)被金屬液充滿后再加大澆注速度,，越快越好，但以澆口杯為金屬液充滿而不外溢為原則,。在澆注后期,，當(dāng)金屬液到達(dá)模樣頂部或冒口根部時(shí)，就應(yīng)略需收包,，以保持金屬液平穩(wěn)上升和不致使金屬液沖出冒口,。

澆注時(shí)要保證澆口杯內(nèi)始終被金屬液充滿，澆注過程中不要斷流,，這樣可防止鑄型局部坍塌而造成廢品,。

澆注15min后關(guān)閉負(fù)壓，并在負(fù)壓關(guān)閉后0.5h后再打箱,，以防止產(chǎn)生冷裂紋,。

3. 鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)

采用消失模鑄造生產(chǎn)了80件折頁軸承，打箱后檢驗(yàn),，鑄件表面干砂脫落干凈,，表面光潔，鑄件化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)尺寸全部合格,，機(jī)加工后進(jìn)行檢驗(yàn),，鑄件合格率為98%，能夠滿足公司修造車的需求,。

4. 結(jié)語

針對折頁軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求,，通過進(jìn)行合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選擇適宜泡沫塑料模樣的密度,、加工余量,、澆注溫度及真空度等工藝參數(shù)，并在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格實(shí)施,，制造的折頁軸承質(zhì)量良好,，能夠保證技術(shù)要求。

采用消失模鑄造方法生產(chǎn)折頁軸承與砂型鑄造相比，生產(chǎn)的原材料（干砂）可以回收利用,，打箱后鑄件表面光潔,，清砂、精整簡單容易,，顯著地降低了工序成本,，經(jīng)濟(jì)效益可觀；同時(shí)由于簡化了多道生產(chǎn)工序,，相應(yīng)地提高了生產(chǎn)效率,。因此，采用消失模鑄造生產(chǎn)折頁軸承這類小型鑄鋼件是可行的,，能夠保證公司修造車的需求,。

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20170328

作者簡介：李健,，鞍鋼集團(tuán)鐵路運(yùn)輸設(shè)備制造公司,，質(zhì)保部部長。侯丹,，鞍山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所,。