鋁鐵青銅襯套鑄造工藝改進

■■王清宇

鋁鐵青銅襯套鑄造工藝改進

■■王清宇

1. 產品概述

鋁青銅由于具有極高的耐蝕性能和可與鋼相媲美的強度和韌性，且致密性高，因而得到了迅速的發展，常用于鑄造在高壓、重載條件下工作的重要閥門、銅瓦、軸套等零件，現在已成為應用極廣泛的銅合金。

襯套是球閥機構的關鍵部件，加工后為典型的細長圓筒件，內徑140mm，外徑165mm，帶夾頭外徑175mm，主要壁厚為12.5mm，長度為492mm，如圖1所示。

2. 鑄件問題及工藝分析

襯套鑄件材質為鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3，第一批生產的鑄件精加工后內圓出現夾渣、縮松等缺陷。鑄件為底返雨淋式澆注系統砂型鑄造，初步分析為軸線縮松和金屬液夾渣。鑄造工藝模擬和缺陷產生位置如圖2、圖3所示。

為解決此類問題，需增大冒口及向下延伸的冒口補貼或將內孔鑄死，但此方法使金屬增加量和機械加工量過大，影響零件生產周期，增加生產成本。

圖1　襯套

圖2　襯套鑄造模擬結果

經過鑄件缺陷和鑄造工藝分析，決定改用離心鑄造工藝生產襯套鑄件。

3. 熔煉、澆注工藝

鑄件成分是性能的保證，為了控制鑄件成分，實時進行爐前的檢測，根據檢測結果，及時調整合金液的化學成分。

（1）熔爐、工具要求 采用坩堝爐進行熔煉合金液，新坩堝用前必須經過嚴格烘烤。熔煉過其他銅合金的熔爐一般不得使用，必要時經過洗爐后方可使用。熔煉工具使用前應刷專用涂料預熱烘干后方可使用。修砌好的澆包，必須經過700℃以上的烘烤、預熱。

（2）熔煉過程控制 將銅（T2）、回爐料同時裝入爐中，快速熔化，嚴防吸氣。銅液溫度達1150～1200℃時，加入預熱好的鋁鐵中間合金。加入時應把鋁鐵中間合金壓入銅液內，進行攪拌助熔，防止表面熔化吸氣和拖長處理時間。然后加入鋁，壓入銅液內仔細上下攪拌防止偏析。用鐘罩壓入脫水ZnCl2除氣精煉。仔細攪拌。爐前檢驗合格后，除凈浮渣，出爐澆注。

4. 離心澆注

離心澆注工藝可以提高鑄件的冷卻速度和金屬的利用率。在加強合金液精煉除氣、提高合金液純凈度的情況下，離心鑄造可以加強合金液的冷卻，同時在離心力場的作用下，使合金液中的氧化夾渣浮于鑄件的內表面，實現鑄件定向凝固控制。通過加大內圓的加工余量的方法可以去除浮于鑄件內表面的氧化夾渣，保證鑄件的內部質量，到達產品的要求。

（1）離心鑄造模具設計 根據現有的離心澆注機進行模具設計，由于本產品為細長筒形鑄件，零件本身長度加上加工時的工藝夾頭，鑄件長度達到550mm左右。需加長原有離心澆注機外模長度，同時設計專用的模具外端蓋。

為了提高模具的通用性和系列模塊化，模具采用了通用外模加專用內模的設計思想，在保證模具的激冷能力、蓄熱能力的前提下，使模具又有足夠的強度和剛度，以保證模具的壽命和正常使用過程的防變形能力。因此，在模具的結構設計上，采用整體減重和局部加強的設計，減輕了模具的總重量，降低了主軸的總負載。

（2）離心澆注工藝 按照工藝要求進行模具的組裝、調試和預熱。熔煉應與離心機配合好，做到及時澆注，并酌情調整成分。澆注原則本著先快后慢的方式。澆注終了到停機是鑄件的冷卻過程，為防止早脫模造成變形，要冷卻到鑄件表面呈暗黑紅色（600℃左右）才能停機、脫模。

對于襯套鑄件要想獲得良好的鑄件質量，在選擇合適澆注工具的同時，選擇合適的澆注溫度、澆注速度、離心轉速和模具溫度至關重要。澆注初期模具溫度低、澆注速度慢、離心轉速高，易產生外圓冷隔、夾渣、重皮缺陷；澆注過程中澆注速度慢、離心轉速低，易產生內圓夾渣、氣孔缺陷。

5. 粗加工工藝

為及時發現產品的質量問題，驗證工藝的可行性，我們對襯套鑄件進行粗加工。粗加工時，圓筒單面留量3mm；長度方向留量30mm（帶加工夾頭）。

由于是細長筒形鑄件，因此內孔加工較為困難，一般車刀無法勝任，刀桿短無法加工到鑄件內部，刀桿長則發顫，加工表面質量不佳。為此專門制作了加工內孔使用的專用刀桿，在保證刀桿長度的同時保證刀桿的強度和剛度，以保證鑄件內孔的加工質量，以便及時、準確發現和判斷內孔的鑄造質量。

6. 應用效果

應用離心鑄造工藝生產了10件襯套，經過粗加工后，轉下序精加工、裝機，效果良好，成功克服了原來存在的鑄造缺陷。

圖3　襯套精加工缺陷位置

王清宇，哈爾濱電機廠有限責任公司，高級工程師，從事有色合金與特種鑄造工藝設計、研究及實體設計、鑄造計算機模擬工作。