大型臥式加工中心床身鑄件實(shí)型消失模的鑄造

■ 曲澤茂，王蒙

臥式加工是主軸軸線與工作臺(tái)平行設(shè)置來加工零部件，主要適用于加工箱體類工件。組成臥式加工中心的重要組成鑄件有床身（底座）、立柱、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、主軸箱等。對臥式加工中心中最大、最重的基礎(chǔ)部件床身（底座）鑄件來講，影響到加工精度主要體現(xiàn)在鑄件的剛度、強(qiáng)度、水平度、表面粗糙度等方面。

一、概述

國內(nèi)某機(jī)床廠家所需的大型臥式加工中心床身（底座）鑄件生產(chǎn)采用實(shí)型消失模鑄造工藝，產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

兩橫兩縱高低不同的4條導(dǎo)軌，低導(dǎo)軌安裝工作臺(tái)，高導(dǎo)軌安裝立柱，床身通過地腳螺栓固定連接于地面上；內(nèi)腔復(fù)雜，3層以上筋板，導(dǎo)軌、托架孔和軸孔等關(guān)鍵部位在生產(chǎn)時(shí)需要專門的控制措施；床身的鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示，基本參數(shù)：外輪廓尺寸3281 mm×2386 m m×1 1 9 3 m m，最大壁厚136mm，最小壁厚20mm，重量8600 kg，材料牌號為FC300。尺寸精度要符合客戶要求。

二、床身工藝設(shè)計(jì)

圖1 床身鑄件結(jié)構(gòu)

采用呋喃樹脂砂實(shí)型消失模鑄造工藝，即用聚苯乙烯塑料做模樣，完成流涂烘干后，配好澆注系統(tǒng)后采用樹脂砂造型，不取出模樣而直接澆注金屬液，冷卻后凝固形成鑄件的鑄造工藝方法。

1. 材料選擇

消失模模具材料選擇密度18kg/m3泡沫塑料，墊料、襯料密度選擇30kg/m3泡沫塑料；澆注系統(tǒng)管道全部全部使用某廠紙澆道管，可分段配合連接在一起；涂料選擇某廠水基石墨涂料，流涂后必須徹底烘干方可造型。

2. 分型面/墊料設(shè)計(jì)

選擇床身底面作為分型面，使導(dǎo)軌朝下，即床身鑄件的澆注位置方向與其使用位置方向相反，如圖2所示，大端頭部分及小端頭護(hù)板下面制作墊料，為保證尺寸精度，墊料與模具之間間隙小于3mm；為保證墊料的順利起型，大端頭吊耳處在工藝設(shè)計(jì)時(shí)就將此處讓出來，如圖3所示。

3. 填砂設(shè)計(jì)

圖2 床身鑄件分型面

圖3 床身鑄件外圍墊料

由于復(fù)雜的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，特別是大端頭橫導(dǎo)軌里側(cè)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)造型一次性填砂，故設(shè)計(jì)切出一塊活料，做V形槽定位防止活料跑偏，先將下面緊實(shí)填好砂再將活料放上繼續(xù)填砂，能夠滿足造型填砂要求，如圖4、圖5所示。

圖4 床身橫導(dǎo)軌背面鑄件結(jié)構(gòu)

圖5 床身大端頭切出的活料設(shè)計(jì)

4. 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)床身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用開放式加過濾網(wǎng)的澆注系統(tǒng)，其直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道的截面積比為1:2:2，澆道全部為紙澆道管，內(nèi)澆道靠近鑄件位置放置過濾網(wǎng)，如圖6所示。

圖6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三、工藝實(shí)施與過程控制

鑄造砂型采用呋喃樹脂自硬砂，型砂各項(xiàng)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，如附表所示。

1. 白模

白模是消失模鑄造的基礎(chǔ)，其質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵。首先，白模加工成形的外觀粗糙度達(dá)標(biāo)，模塊之間黏接的料縫≤1.5mm，且用專用膠抹平不外漏；其次，對于變形的檢查，長度1500mm范圍內(nèi)變形量≤2mm；最后是白模的放置需要用墊料支撐，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中務(wù)必小心，注意避免磕碰、損壞。

2. 黑模

（1）施涂 選擇水基石墨涂料，波美度控制在55～60°Bé，如圖7所示；流涂前的白模必須用墊料做好支撐，防止流涂過程中出現(xiàn)變形，使用翻轉(zhuǎn)機(jī)和專用支撐架流涂2遍，不允許直接放置在地面上流涂，如圖8所示；流涂完畢需要檢查流掛性，內(nèi)腔拐角的涂料堆積及大面的涂層厚度，涂層厚度控制范圍：非拐角/熱節(jié)區(qū)域厚度0.8～1.2mm，拐角/熱節(jié)區(qū)域1.5～2.0mm。

（2）烘干 水基涂料流涂檢查合格后，必須要做的是涂料烘干；烘干窯的溫度控制在（50±2）℃，此床身消失模黑模烘干時(shí)間為3天，為保證鑄件不發(fā)生嗆火等缺陷，最終測得消失模含水率≤2.5%。

3. 造型

圖7 涂料波美度控制

圖8 翻轉(zhuǎn)機(jī)流涂

（1）造型前準(zhǔn)備 流涂質(zhì)量、含水率、變形量等關(guān)鍵項(xiàng)經(jīng)過檢測合格后的黑模，可用于造型。首先，進(jìn)行墊料、填料的設(shè)計(jì)與裝配，除工藝設(shè)計(jì)床身外圍墊料外，在內(nèi)腔必須設(shè)計(jì)填料、襯料，以防止在流砂緊實(shí)過程中受壓力導(dǎo)致黑模變形，同時(shí)襯料要求布置合理，既能保證支撐又要能夠順利取出；另外，還需要在外側(cè)方門設(shè)置堵頭，目的是按工藝設(shè)定順序流砂，堵住的位置在下型反轉(zhuǎn)后再流砂。

（2）造型操作 將組好的模型放置在造型平臺(tái)上，按工藝要求配置澆注系統(tǒng)，放箱、流砂、造型，要求至少3人同時(shí)緊實(shí)操作，熱節(jié)、易粘砂部位重點(diǎn)緊實(shí)，型內(nèi)外同步填砂緊實(shí)。

第一面流砂緊實(shí)后，等待型砂硬化達(dá)到一定強(qiáng)度后，翻箱，第二面填砂緊實(shí)，再將床身大端頭切出的部分按定位放好，流砂緊實(shí)；選擇床身最高處放置出氣“煙囪”，目的是在澆注過程中消失模汽化產(chǎn)生的氣體最終通過此“煙囪”排出，避免發(fā)生嗆火、炭渣等缺陷。

型砂參數(shù)指標(biāo)

為了防止消失模在型砂里出現(xiàn)吸水、吸潮等問題，造型后的消失模應(yīng)盡快澆注，造型完成到澆注時(shí)間間隔原則上不允許超過12h。

4. 熔化澆注

采用中頻感應(yīng)電爐熔化，化學(xué)成分控制符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)：不能為了保證實(shí)體硬度而降低碳含量和碳當(dāng)量，應(yīng)通過孕育工藝提高材料質(zhì)量，故此床身化學(xué)成分控制在wC＝3.1%～3.2%、wSi＝1.7%～1.8%、CE＝3.70%～3.80%。又因消失模澆注溫度比普通木模高20℃，綜合鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)等因素考慮，最終確定的澆注溫度為1430℃。

四、結(jié)語

通過對大型臥式加工中心床身鑄件進(jìn)行的實(shí)型消失模工藝設(shè)計(jì)、切活料填砂設(shè)計(jì)及關(guān)鍵過程控制等，總結(jié)了生產(chǎn)此類鑄件的鑄造工藝及質(zhì)量的控制要點(diǎn)，得到了合格的鑄件，為此類鑄件的批量生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。