扇狀殼體鑄件鑄造工藝設計及鑄造質量控制方案

王昌明

摘要：在各類裝備中扇形構件應用較多，往往該類零件需要達到較高的技術要求。針對該類型零件機加工裝夾不便，鑄件鑄造生產中造型及澆注系統設計效果不佳等實際問題，在鑄造工藝設計時，集零為整，整體造型，采用壓差澆注方案以滿足鑄件技術指標要求。在鑄造過程中對澆注系統等進行優化，最終保證產品質量。

關鍵詞：扇狀；整體造型；壓差澆注

1 引言

舵放殼體（見圖1）是某型號產品結構件，材料：ZM5。該產品呈扇狀，框架形結構，鑄造技術要求產品達到Ⅰ類標準。

鑄件圖

圖1 舵放殼體

2 鑄造工藝方案設計

2.1鑄造方式選擇

舵放殼體內部質量要求較高，一般重力澆注不能滿足要求，為保證產品質量及性能指標，鑄件采用壓差澆注。壓差澆注較重力澆注有如下一些優點：金屬液在壓力推動下進入型腔，并在外力作用下結晶凝固，進行補縮，液體金屬充型比較平穩，避免金屬液對型壁或型芯的沖刷，減少了鑄件產生夾雜缺陷的機會；同時型腔內液流與氣流方向一致，從而減少了產生氣孔的可能性，提高鑄件的合格率；鑄件成形性好，金屬液在壓力作用下充型，提高了液體金屬的充填能力；鑄件組織致密，機械性能高，抗拉強度與硬度一般比重力鑄造提高10%以上；提高了金屬的工藝成品率等。[1]因此，壓差澆注是較好的一種選擇。

2.2 鑄件結構設計

由于零件外形尺寸不大，除前后端面放加工余量4外，其余部分加工余量為3。單個鑄件呈42度扇狀，不僅機加工不便，也不利于鑄造生產。鑄件采用壓差澆注，澆注系統設計及布置需要滿足一定要求。若單個鑄件進行造型、澆注，不僅工藝出品率低，而且浪費能源，增加工作量。

扇狀外形不利于澆注系統布置，金屬液也不能均勻充型，鑄造質量不易控制和保證。壓差澆注方式，澆注系統常用縫隙澆道澆注，單個鑄件不利于縫隙澆道分布。而扇狀外形給結構設計提供了較好基礎，將一定數量扇狀鑄件分布于圓周，縫隙澆道就能均勻布置。根據具體尺寸計算，將5個鑄件整體造型，均勻分布于圓形鑄件上。鑄件結構也設計為艙體狀，整體鑄造、整體加工，最后切割為單個零件。

2.3澆注系統設計

舵放殼體采用四箱造型，分別是一箱底板、兩箱型腔、一箱蓋板。橫澆道分布于底板與升液管連接，橫澆道與縫隙澆道相連，金屬液經縫隙澆道填充型腔形成鑄件。

2.4冷鐵及輔助工藝設計

鎂合金鑄件在鑄造過程中易出現疏松等缺陷，在鑄件厚大部位及壁板連接處設置冷鐵（見圖6所示）。

2.5 鑄造工藝參數設置

壓差鑄造澆注時大致有升液、充型、增壓、保壓等幾個階段，在鑄造參數選擇時，一般考慮澆注溫度、升液時間、升液壓力、充型時間、充型壓力、保壓時間、保壓壓力。參數選擇時，還要考慮鑄型的類型，型芯的種類等因素。根據舵放殼體的鑄造工藝設計，其澆注參數見表1。

3 鑄造質量控制

鑄造作為一個特殊過程，產品質量受諸多因素影響。因此，鑄造生產過程中，應嚴格按照工藝執行，保證產品質量可控。工作人員在操作過程中需要注意以下幾點：

（1）外模造型時，應將縫隙澆道處過渡圓角修整到工藝要求，避免該處金屬過熱出現鑄造缺陷。

（2）坭芯造型過程中外形應保證尺寸，不得出現缺肉等缺陷。

（3）坭芯修整到位后，需刷涂料，并進行烘烤。烘干是為了除去坭芯水分，提高透氣性，減少發氣量，使鑄件不易產生氣孔、砂眼、夾雜和粘砂等缺陷，從而保證鑄件質量。

（4）合金熔煉時，攪拌應充分，避免出現熔劑夾渣等缺陷。

按照既定工藝進行鑄造生產，五件產品中有4件鑄件圓角處產生縮陷（見圖2），由于鎂合金結晶溫度間隔大，比重輕，比熱和潛熱小，凝固快，不易達到順訊凝固。因此，鎂合金更容易產生疏松傾向。[2]舵放殼體外圍縫隙澆道補縮作用不能達到內圈位置，導致內圈位置處易產生疏松甚至縮陷。

解決方案：將距內圈較近的3#坭芯外圍布置冷鐵（見圖3），調整鑄件冷卻順序，以加強金屬液補縮內圈能力，從而解決縮陷缺陷。

工藝改進后，澆注產品質量穩定，經X光、熒光檢驗，產品均滿足技術要求。

4 結論

1.針對扇狀鑄件裝夾不便及鑄造工藝設計不便，因產品制宜，合理設計鑄件結構及澆注系統，充分發揮壓差澆注特點，保證產品質量。

2.整體造型，整體澆注的方法很有代表性和借鑒意義。在一些單個鑄件不易造型，不易布置澆注系統的情況時，整體造型是不錯的選擇。整體造型、整體澆注思路還應用在支承塊、軸承環等鑄件鑄造生產中，取得了較好的效果。

參考文獻：

[1]曲衛濤.鑄造工藝學.西北工業大學出版社，1996.

[2]胡忠.鋁鎂合金鑄造實踐.國防工業出版社，1965.