后桥主减的消失模铸造工艺

1 前言 我公司完成湖北随州客户3000T消失模铸造生产线的生产调试工作。该生产线主要生产后桥主减、中桥主减、过桥箱等球铁类壳体铸件。在双方的通力合作下，确定了黑白黄区整套消失模铸造的工艺流程，实现了生产线的正常运作。该生产线是我公司首条全自动分离浇注生产线，减少了设备投入，提高生产效率。全线均采用PLC自动控制，自动化程度较高。 消失模铸造(Lost Foam Casting，简称LFC)是20世纪50年代末发展起来的砂型铸造生产上革命性的新技术，被誉为“2l世纪的铸造新技术”、“铸造中的绿色工程”。采用消失模铸造工艺，可取消砂芯、分型、合箱等工艺，减小铸件加工余量，减轻毛坯质量，下降表层粗糙度。消失模铸造的工艺流程如图1。该现场主要产品为重汽上后桥主减速壳、中桥主减速壳以及过桥箱三种，均为球铁铸件。现主要介绍后桥主减速壳的消失模铸造工艺流程。   图1 2 铸件结构分析   后桥主减速器壳是汽车上的重要部件，装配精度高，要求加工精度高，且加工面较多，最大加工量在1~2mm。该铸件单件重量约为20kg，轮廓尺寸为400*380*160mm。铸件的壁厚不均匀，最薄处壁厚只有6mm。内腔结构较复杂，油道口较小，注意避免铁包砂的产生，同时铸件四个轴承角座处厚度较大，是热节处，易产生缩孔缩松。铸件的三维图如图2所示。   图2 3 工艺流程 3.1 白区 （1）预发 使用间歇性半自动蒸汽预发机，发泡原料为共聚料（凯斯特STMMA-3A），预发后珠粒密度22~23g/L，预发后烘干熟化至少5h后使用。 （2）成型 使用单丝杠半自动成型机，运行平稳。外界条件设定：蒸汽压0.4~0.6MPa，水压0.3~0.4 MPa，气压0.6~0.8 MPa，手动冲料。调整设置好运行参数，注意避免白模变形。打出的白模如图3所示。 图3 （3）白模 将合格的白模放入烘干房内进行烘干。烘干房采用温湿度自动控制，蒸汽主烘干为主，电加热辅助。烘干房温度设置为45℃，湿度设置为16以下。白模放入烘干房内烘干2~3天，以称量白模重量不变为准，方可进入涂刷环节。 （4）粘接、组型 1）打磨模型外表飞边毛刺，用纸胶带、双面胶、修复膏修复凹坑、破坏损坏等缺点；均匀涂刷冷胶，将白模各分片粘接在一起，粘接缝隙较大的用双面胶封严。 2）浇注系统设置 按水力学计算公式计算。水力学计算公式如下： 式中  ∑F内—内浇道总的截面积，单位cm2 ；     G—流经内浇道的金属液的总重量，单位kg，包括铸件重和浇注系统重；    μ—流量系数，其值可在参考书目查询，修正值也需查询，一般取0.30~0.40；     Hp—压头高度，根据模型在砂型中的位置确定；    τ—充满型腔的总时间，单位s，其值可按下式确定。 为保证金属液不断流和具有一定的充型速度，选用封闭式浇注系统，底注式浇注方式，各浇道的比例选为：∑F内：∑F横：∑F直=1：1.2：1.4。 现根据理论法计算浇注系统各浇道的截面积，浇道具体尺寸形状根据普通砂型铸造选取。根据铸件的形状，设计两个内浇道，由水力学计算公式式中：G=50kg, μ=0.35, Hp=600mm。消失模铸造中浇注系统一般通过手工切割苯板获得，考虑到切割方便以及与其他铸造类型相比，消失模铸造冷却速度更快，浇注系统一般要大些。参考计算结果以及实际经验，内浇道横截面尺寸为8×40mm，直浇道为40×20mm，直浇道为40×40mm。 消失模铸造造型时，浇注位置设计应尽量遵循以下几个原则： a. 尽量立浇、斜浇。避免大平面向上，保证金属有一定上升速度。 b. 浇注位置应使金属与模样热解速度相同，避免浇注速度慢或出现断流现象，引起塌箱紊流缺点。 c. 模样在砂箱中的位置应有利于干砂充填，尽量避免水平面和水平向下的盲孔。 d. 重要加工面处在下面或侧面，顶面最好是非加工面。 e. 浇注位置还应有利于多层铸件的排列，在涂料和干砂充填紧实的过程方便支撑和搬运，使模样某些部位可能加固，避免变形。 综合以上，铸件浇注系统的总体的设计图如图4所示。 图4 3.2 黄区 （1）涂料按照规定配比进行搅拌。涂刷采用浸涂方式，因此搅拌40min，波美度达到1.6左右即可。 （2）对组好的白模分3次进行涂刷，以便每层涂料彻底干透。烘干房温度设置在50℃，湿度设置为16以下。前两遍各红烘干1天，第三遍烘干一天后，对露白处进行补涂，浇口及进水口处加厚涂刷。三遍后白模涂料厚度达到1.5mm，浇口及进水口处达到2~3mm。 （3）白模浸涂后，需静置1min待表层涂料均匀后，再调整放置位置放入烘干房内进行烘干，避免白模有涂料堆积。白模放入烘干房内如图5所示。 图5 3.3  黑区 （1）金属熔炼   铸件材质要求为球铁450-10，国标牌号化学成分要求控制范围见下表。 厂家熔炼控制：（2.5T炉，半小时出1T铁水进行球化） ①原材料以铁屑为主，加少量钢筋和回炉料，出炉前加7.5kg硅铁，炉前采用铁水碳硅分析仪测量出炉前的铁水成分，碳硅的化学成分控制：C3.6~3.7，Si2.6~2.7。   ②出炉球化温度1540~1560℃，温度太高会影响铁水的球化效果。采用喂丝法球化，球化钢丝型号如下图6。1T铁水使用42m球化钢丝，球化时间约3min。球化结束后用“三角法”检验球化效果。 图6 （2）埋箱造型 该生产线设有自动预埋底砂工位，到埋箱工位时，底砂已到位震实。摆放模型时，须注意摆放位置（如下图7所示）。由于主减壳有油道结构，埋至此位置时可用手检验是否留有死角，若砂子未填实，浇注后会造成铁包砂。放砂分2~3次，每次震动40s左右，逐层震实以增加震实效果。浇口应高出砂面一定距离，避免浇注时铁水将周围沙子卷入引起缺点，同时面砂也应有一定的厚度，以防浇注时烫坏塑料薄膜。集渣冒口注意扎眼以增加排气效果。 该生产线为两工位自动分离浇注线，为满足厂家生产要求，一箱浇4簇，近200kg，每小时8箱。 埋箱造型时特别注意浇口处的处理，对于浇注时负压的保持及防冲砂有很大的关系。一般采用如下几种方式： ①直浇道上套陶瓷环，安装陶瓷浇口杯。 ②制作树脂浇口杯，在直浇道口上用密封泥与树脂浇口杯连接。 ③手工切割或机打泡沫浇口杯，在浇口杯处刷2~3mm涂料，外用石棉布包裹。 ④在泡沫浇口杯外用水玻璃砂等围起。 图7 （3）铁液浇注 铁水浇注前做好除渣工作，浇注温度一般在1480℃左右。浇注前将负压系统打开，负压度控制在0.045~0.05。因一次浇包浇注4箱，16个浇注口，浇注口较多，如一次浇注时负压太小，注意调节控制各箱负压度。铁水包铁水浇完后，将所有砂箱蝶阀全部打开，负压调至0.015~0.02保压15分钟。   浇注时，注意浇注速度控制，一般节奏：慢—快—慢。在铁水不反喷的情况下，尽量加快浇注速度，尽量控制在控制在20秒内。为保证球化效果，浇注随铁液放入10~20g孕育剂经行二次孕育。保压结束后，砂箱运转系统自动运转1h后有自动翻箱机翻出，送到清理工位经行铸件清理。如下图所示。   图8 4  结论 通过现场的多次试浇注，确定的上述工艺流程基本满足浇注出的合格的铸件产品，且能保证较高的正品率。但浇注的结果也会出现诸如气孔、冷隔等铸造缺点。出现气孔其主要原因在于白模密度、烘干程度以及负压的保持。对于冷隔，由于球化温度与浇注温度存在一定的冲突，为平衡这一点，还需做进一步的改进，必要时需整个浇注作业节拍做出调整。 消失模铸造的整套工艺流程较其他普通铸造方式，各个环节可谓环环相扣，哪一个环节稍有纰漏，铸件浇注就会出现问题。因此一个可行的工艺流程必须靠一个稳定负责的管理团队去执行操作。