熔模鑄造中形成復(fù)雜內(nèi)腔的工藝方法及應(yīng)用

常州蘭翔機械有限責(zé)任公司 （江蘇 213022） 黃 凱

我公司接到某型號機用外形呈S形中空耐高壓的不銹鋼油管研制任務(wù)，油管零件實物如圖1所示。彎管外徑為22mm，內(nèi)徑為16.5mm，壁厚公差±0.20mm，油壓試驗壓力≥6MPa。材質(zhì)為ZG12Cr18Ni9Ti。

圖1

首先，熔模精密鑄造工藝可以很好地保證鑄件的幾何尺寸，很大程度上可以避免砂型鑄造工藝中由于型芯偏心導(dǎo)致的壁厚不均勻，難以通過油壓試驗的問題；其次，熔模精密鑄造工藝的紅殼澆注有利于提高產(chǎn)品表面質(zhì)量，改善產(chǎn)品使用性能；再次，熔模精密鑄造工藝有利于減少砂型鑄造工藝所產(chǎn)生的缺肉、皮下氣孔等常見鑄造缺陷。我們通過數(shù)次試驗最終成功獲得了具有光滑內(nèi)腔且形狀復(fù)雜的S形中空耐高壓油管鑄件，同時也為鑄造具有一定幾何尺寸空腔的復(fù)雜空心鑄件提供了更為高效、低成本、質(zhì)優(yōu)的鑄造新工藝。

一、試驗過程與結(jié)果

1.型芯工藝

（1）陶瓷型芯工藝 陶瓷型芯是以耐火材料與礦化劑、增塑劑混合后，在專用的壓力機上壓制成形，并經(jīng)高溫焙燒而成。

制芯工藝：基體材料準(zhǔn)備→配制陶瓷漿料（增塑劑、礦化劑）→壓制型芯→型芯坯體修整→造型→焙燒→強化（強化劑）→修理型芯→檢驗待用。

壓制好此類型芯后，去除毛刺，放在玻璃鐘罩中待用。該鐘罩為Ⅰ號型芯。

（2）易脫落型芯工藝 ①制芯工藝（灌倒尿素型芯）。模具型腔表面涂脫模劑→熔化尿素→澆注→取出型芯→修理型芯。②壓制尿素型芯的工藝參數(shù)。尿素為無色透明結(jié)晶或白色透明結(jié)晶晶粒，無肉眼可見的機械雜質(zhì)。NH2CONH2含量不少于99.5%，干燥失重不大于0.02%。

注意事項和參數(shù)如下：

將重熔尿素和新尿素搭配放入坩堝內(nèi)加熱，溫度不超過140℃，為了使整個尿素熔化比較均勻，要不斷地攪拌。

澆注溫度：（130±4）℃。

模溫：40～100℃。

澆注速度：12～24s。

模具表面必須涂硅油作為脫模劑。

壓制好此類型芯后，去除毛刺，放在玻璃鐘罩中待用。該鐘罩為Ⅱ號型芯。

2.壓制蠟?zāi)?/h3>

（1）壓制蠟?zāi)９に噮?shù) 室溫20～24℃，壓射蠟溫50～55℃，壓射壓力0.2～0.4MPa，保壓時間35s，冷卻水溫度（25±3）℃。

（2）操作程序 ①從保溫槽中取出蠟缸，裝在雙工位液壓蠟?zāi)鸿T機上，使用前應(yīng)去除蠟料中空氣及硬蠟。②將模具放在壓鑄機工作臺面上定位，檢查模具開合是否順利，模具注蠟口與壓鑄機射蠟嘴是否對正。③打開模具，噴薄薄一層分型劑，再把準(zhǔn)備好的型芯裝入模具，然后合模。④按照技術(shù)規(guī)定調(diào)整壓鑄機工藝參數(shù)，包括壓射壓力、壓射溫度、保壓時間、冷卻時間等。切記要把Ⅰ、Ⅱ號型芯的蠟?zāi)７珠_放（其中含有Ⅱ號型芯的蠟?zāi)褐仆瓿珊罅⒓捶湃肓鲃拥睦鋮s水中使尿素芯融化去除尿素芯）。

3.蠟?zāi)Ｐ蘩?/h3>

（1）修理蠟?zāi)９に噮?shù) 室溫20～24℃，修模前蠟?zāi)ｌo置時間5～6h。

（2）操作程序 ①取已靜置5～6h并對重要尺寸已進行檢測合格的蠟?zāi)！＂跈z查這些蠟?zāi)Ｓ袩o缺陷，有缺陷的應(yīng)剔除。③去除蠟?zāi)Ｉ系臍埩麸w邊或分模線，不得損傷蠟?zāi)＃瑢π★w邊也可直接用布擦除。④蠟?zāi)０继幮迯?fù)，蠟?zāi)Ｉ嫌写蠖M長的凹處應(yīng)用修補蠟修復(fù)，修后表面要平整。⑤修補蠟?zāi)Ｉ纤械臍馀荼仨毺羝疲眯扪a蠟修復(fù)，修后形狀要正確。⑥用吸有三氯乙烯的棉花輕柔地擦拭流痕處，以去除流痕，注意不要傷及蠟?zāi)１旧怼＂哂妹藜喕蛭腥纫蚁┑拿藁ㄝp柔地擦去蠟?zāi)Ｓ臀奂罢从械南炐肌＂嘈藓玫南災(zāi)?yīng)按要求放在存放盤中送模組焊接處待用。⑨在蠟?zāi)＝M合連接處刻上前面型芯相對應(yīng)的標(biāo)記號。

4.模組組合焊接

工藝參數(shù)：室溫20～24℃，焊后蠟?zāi)ｉg距≥5mm。

操作程序如下：

（1）對所有蠟?zāi)Ｔ俅芜M行目視檢查，剔除不合格品 （其中為Ⅲ號的暫時不進行組合） 。

（2）按鑄件工藝卡規(guī)定選擇澆口種類。

（3）對澆道蠟?zāi)＿M行嚴格檢查，剔除變形、空心和螺母未上到位者。對有氣泡和裂縫尚能用的澆道蠟?zāi)Ｓ美予F和修補蠟補好、焊嚴。

（4）澆口杯上掛鉤蓋板前，務(wù)必將蓋板上的涂料漿、砂粒清除干凈。上蓋板后，用焊刀將蓋板與澆道間縫隙焊嚴，并在澆口杯外側(cè)面打上鋼號。

（5）用鉻鐵將蠟?zāi)?nèi)澆道處加熱后焊在澆道上，焊接處要牢固、整齊，不得有縫隙。注意烙鐵不得觸及蠟?zāi)１砻妫炓翰坏昧鞯较災(zāi)Ｉ稀?/p>

（6）蠟?zāi)ｉg要保持適當(dāng)間距，一般≥9mm，以保證制殼后兩蠟?zāi)らg隙5mm。

（7）組好的模組必須用壓縮空氣吹掉其上的蠟屑。

5.制殼

工藝參數(shù)：將清洗后干燥靜置45min以上的模組進行制殼，參數(shù)見附表。

制殼參數(shù)表

含有Ⅰ號型芯的蠟?zāi)０匆陨瞎に囘M行制殼，注意區(qū)分型芯種類。

Ⅱ號型芯蠟?zāi)５闹茪すに嚾缦拢?/p>

（1）待型芯完全融化后取出晾干，蠟?zāi)８赏负螅谙災(zāi)１砻嫱可辖駝?70-HK-RS。

（2）把蠟?zāi)＝?70-HK-TL耐火涂料中，注意使其表面充分涂掛均勻，然后放在常溫常壓下進行自然晾干，時間不少于10h（溫度20～24℃，相對濕度40%～60%）。

（3）重復(fù)（2）工序3次。

（4）在以上蠟?zāi)５闹锌詹课惶畛鋵Ｓ玫?70-HK-TL-2耐火材料（主體為粒度0.054～0.18mm的剛玉砂）以提高型芯強度。

6.脫蠟

工藝參數(shù)：脫蠟最大壓力0.75MPa，脫蠟溫度170℃，達到0.56MPa壓力時間≤14s，脫蠟時間10min。

7.型殼焙燒

工藝參數(shù)：第一次焙燒溫度900～950℃，焙燒時間45min；待模殼出爐冷卻后清洗模殼，去除模殼內(nèi)殘留物；檢查模殼，修補模殼裂紋等缺陷。第二次焙燒溫度850～900℃，焙燒時間30min。

8.澆注

工藝參數(shù)：熔化溫度1700～1750℃，澆注溫度1650～1680℃，澆注時間6～8s。

9.脫殼

采取機械方法振殼，采用Ⅱ號型芯的鑄件可以很輕松地振出型芯。由于型腔比較復(fù)雜，采用Ⅰ號型芯的鑄件的型芯很難振出，最終只能采取堿煮的化學(xué)處理方法，堿煮時間約50h。

二、分析與討論

傳統(tǒng)的陶瓷型芯工藝雖然通用性比較高，對于要求較高的高溫合金、耐蝕合金鋼等鑄件均可以采用此工藝。由于清除型芯需要采取堿煮的化學(xué)處理方法，對于普通的結(jié)構(gòu)鋼、有色合金及表面存在部分缺陷的鑄件會加劇表面化學(xué)腐蝕，不利于產(chǎn)品可靠性，堿煮過程甚至可能造成零件報廢；另外，陶瓷型芯的制作需要專業(yè)的設(shè)備，原材料價格比也較高，制作工藝十分復(fù)雜，周期相對比較長，效率也不是很高。

相對而言，易脫落型芯工藝較傳統(tǒng)的陶瓷型芯工藝具有操作簡單，成本低廉，以及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，只要空腔幾何尺寸達到一定要求的鑄件均可采用，應(yīng)用范圍廣，在大多數(shù)領(lǐng)域可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陶瓷型芯工藝。隨后我們把此工藝又應(yīng)用到公司研制的某起動機燃氣渦輪導(dǎo)向器空心葉片（見圖2）精密鑄件工藝中，通過試驗也獲得了成功。

圖2

三、結(jié)語

對于內(nèi)腔形狀復(fù)雜的油管，通過采用易脫落型芯的熔模精密鑄造工藝，產(chǎn)品合格率達到95%以上，獲得了較為滿意的結(jié)果。為此，我們還將該工藝應(yīng)用在軍工領(lǐng)域，也獲得了成功，為以后此類鑄件的精密鑄造工藝的研制與生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。