精密鑄造件在零件加工中的應用

萬中發

摘 要：本文通過在飛輪零件制造中采用精密鑄造的失蠟模造型工藝，鑄造出尺寸和外形一致的精密毛坯件，使切削加工操作只需用少量的精加工切削，提高了生產效率。

關鍵詞：失蠟模 精密鑄造 切削加工

飛輪零件（如圖1）一般的加工方法是選用圓棒料車削加工達到圖樣要求，用圓棒料加工飛輪不盡加工余量大，而且在加工過程中需要頻繁更換刀具，既增加操作者的勞動強度，又降低了生產效率；另一種方法是用鍛件坯料，雖可降低材料用量，但由于鍛件毛坯鍛造誤差大，切削加工余量也相應較大，而且鍛件在鍛造過程中勞動強度大、鍛造成本高，這種方法對切削加工效率也無明顯提高。

圖1

該零件（材料65Mn）為批量生產，需要提高生產效率，降低生產成本。

一、選擇模具類型的思路分析

1.鍛造模

在鍛造成型中一般的鍛造模不能滿足要求，如果采用精密鍛造模就必須要制造出坯料粗鍛模和一套整形模，還需要制造一套切邊模，而且零件的φ20mm孔在鍛造時不便成型。

2.熱擠壓模

雖然熱擠壓模的成型性能較好，但是對用料的要求較高（毛坯用料誤差要求高），否則會造成毛坯成型后薄厚不一，同樣需要制造切邊模進行切邊。

以上兩種模具的最大弱點是只適合單件生產，生產效率低，無法滿足大批量生產的要求。

3.失蠟模

選用失蠟模精密鑄造成型的優點有：（1）模具造型可一模二出或一模多出；（2）適合批量生產，能滿足大批量生產的需要；（3）精密鑄造零件的尺寸、形狀穩定一致，在機加工時可采用定型件操作工藝加工，減少對刀、測量等輔助時間，能有效地提高加工效率；（4）精密鑄造零件可實現加工余量最小、用量最省的目的，除預留極少的切削余量外，不會造成材料的浪費；（5）失蠟模對材料的要求沒有像鍛造模、熱擠壓模那樣高；（6）65Mn材料性能穩定，采用失蠟模鑄造該零件比較適合材料的性能特點。

根據以上比較，我們選用失蠟模精密鑄造該零件的坯料既經濟實用，又能滿足該零件的各種技術要求。

二、模具設計

該產品每個面均需要經過切削加工才能達到表面粗糙度值Ra3.2。Ra3.2粗糙度值經過精車即可保證，故在模具設計時要將每個加工面的余量放大0.5mm（單邊）。φ20mm孔內表面粗糙度值Ra1.6，用車削加工難以保證其表面質量，故φ20mm孔留1mm余量（單邊）。精車后由磨削加工保證φ20mm孔的尺寸精度與表面粗糙度要求。8-φ10mm孔的成型在模具設計時不予考慮。模具設計思路基于以下幾點。

第一，失蠟模鑄造是一種精密鑄造工藝，其尺寸與形狀在鑄造過程中處于一種穩定的狀態，不會產生崩形、變形等。

第二，失蠟模鑄造件的表面總會產生型砂微細顆粒形成的粗糙表面，這種表面不能滿足圖樣表面粗糙度值Ra3.2的要求。留有0.5mm的精車余量既可以保證每個加工表面對粗糙度的加工要求，又能使每個加工表面都有充足的加工余量。

第三，65Mn材料的鑄造件在機械切削加工前要進行退火處理，而且不存在由于表面層硬化而造成不利于切削的情況。

第四，8-φ10mm孔和鍵槽在模具設計時可以不考慮，主要是基于模具的制造成本及模具的制造難度和與機加工工藝相比的性價比問題。

三、模具的結構組成

模具結構（見圖2）。

1.模具組成及作用

（1）在底板上安裝一個推料套，當把底板上的活動墊板拿掉后，推壓下型芯板，推料套可將蠟型從型腔中推出。同時，模具兩側的活動螺栓可以達到鎖緊模具的目的。

（2）在下型芯板上形成飛輪的背部斜錐與臺階尺寸，并且作出注蠟口。

（3）在上型芯板上加工出與臺階孔相對的飛輪零件外錐體部分，安裝零件內孔成型的活動芯軸，并作出注蠟口。

（4）活動抽芯的上端在上型芯板孔中滑配，下端與推料套孔作間隙配合，以確保與成型件的位置精度，當型腔注滿蠟后，可以將其手動抽出。

（5）鎖緊裝置由螺母與螺栓組成，螺栓與底板之間采用鉸鏈式活動連接，當活動墊塊、下型芯板、上型芯板依次在底板上裝配組合后，螺母在螺栓上旋緊即可鎖緊整個模具。

2.蠟型成型過程與特點

（1）注蠟嘴與上型芯板注蠟口錐型孔錐面相吻合。注蠟使型腔充滿蠟料達到成型的目的，待液態蠟冷卻成固態蠟型后，抽出活動抽芯，松開鎖緊螺母，拿出上型芯板，割斷注蠟口余料，抽出活動墊塊，把下型芯板向底板方向下壓，推出蠟型（毛坯型）。

（2）模具設計為一模二出型，可提高造型工作效率1倍。成型后的坯型各項尺寸精度、形位精度較好。

四、節約用料的經濟估算

1.用圓棒加工時每件耗料

W=πr2hg=3.14×47.52×38×7.8×10-6=2.1（kg）

2.用鍛件加工時每件耗料

W總=W凈+30%W凈

W凈=π[r12h1+（r22+r2r3+r32）h2/3+（r32+r3r4+r42）h3/3-（r42+r4r5+r52）h4/3]g

=3.14×[17.52×10+（342+34×46.5+46.52）×12.3/3+（46.52+46.5×33.5+33.52）×12.8/3-（33.52+33.5×28.5+28.52）×5.1/3]×7.8×10-6=0.95（kg）

W總=W凈+30%W凈=0.95+30%×0.95=1.24（kg）

3.用失蠟模精密鑄造時每件耗料

W總=W凈-W孔

W孔=3.14×92×35×7.8×10-6=0.07（kg）

W總=W凈-W孔=0.95-0.07=0.88（kg）

根據計算結果得出：用失蠟模精密鑄造時每件耗料最低，經濟效益最好。

現場統計得出，在普通車床上用圓棒每班每人加工12件，鍛件加工每班每人可以加工20件，用精密鑄件加工每班每人可加工80～100件。實踐證明，用失蠟模精密鑄件加工是圓棒料加工效率的6～8倍、鍛件料的4～5倍。

（作者單位：廣東省惠州市技師學院）