熔模鑄造解決螺紋蓋縮孔的實(shí)例

馬小平

江蘇泰州華鑫不銹鋼製品有限公司

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The real example of the die casting solution for the conch hole

摘 要

熔模精密鑄造相對(duì)於其他鑄造的區(qū)別主要是殼模燒結(jié)（ 1100℃左右）條件下澆注，帶來很好的充模能力，但是給鑄件的補(bǔ)縮造成諸多困難，在運(yùn)用電腦數(shù)值模似分析的同時(shí)，還要考慮到鑄件冷卻時(shí)的溫度梯度，根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及綜合對(duì)策，持續(xù)改善方案，解決獨(dú)立熱點(diǎn)的補(bǔ)縮，達(dá)到消除縮孔的目的。

關(guān)鍵字：縮孔；鋼液通道；溫度梯度；熱點(diǎn)補(bǔ)縮；持續(xù)改善

keyword：shrinkage cavity；Liquidsteel channel；temperature gradientHot feeding；continuous improvement

在熔模鑄造生產(chǎn)中，鑄件上經(jīng)常會(huì)發(fā)生縮孔缺陷，造成縮孔的原因一般是跟鑄件結(jié)構(gòu)、熔煉澆注、工藝設(shè)計(jì)三個(gè)方面有關(guān)。筆者感到，在分析、解決縮孔缺陷的生產(chǎn)實(shí)踐中，要遵循溫度梯度的理論，分析鑄件具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，正確採取熱點(diǎn)補(bǔ)縮的方法和持續(xù)改進(jìn)的原則。

1 鑄件介紹

零件名稱螺紋蓋，出口美國(guó)，材料為不銹鋼304，尺寸精度和表面品質(zhì)要求較高，單件重量0.5kg，鑄件簡(jiǎn)圖，見圖1。

圖1螺紋蓋零件簡(jiǎn)圖

FIG. 1 schematic diagram of threaded cover parts.

2 首次澆鑄工藝

圖2是螺紋蓋蠟?zāi)５膬?nèi)澆口，放在?78mm的平面上，對(duì)稱位置設(shè)置2只，見圖2和圖3。

組樹方案二種，一種是橫模頭，另一種是豎模頭，見圖4和圖5。採用中溫蠟全矽溶膠工藝制殼，殼模澆結(jié)溫度1150℃，保溫30min,澆注溫度1670℃。

澆注前，採用電腦數(shù)值模似分析沒有發(fā)現(xiàn)有縮孔缺陷。實(shí)際生產(chǎn)後，採用橫模頭和豎模頭都產(chǎn)生較嚴(yán)重的縮孔，見圖6。

圖6縮孔缺陷嚴(yán)重

Fig.6 serious shrinkage defect.

3 縮孔分析

原先認(rèn)為該鑄件的複雜程度一般，通過首次澆注後重新對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)為該鑄件整體結(jié)構(gòu)屬於薄壁件，但是在螺紋蓋的中部有一個(gè)法蘭狀的凸臺(tái)，凸臺(tái)上有三個(gè)階梯平面層次結(jié)構(gòu)，第一層次平面的厚度2.86mm，第二層次平面厚度為4.98mm，第三層次的平面厚度為9.26mm,壁厚相差很大，見圖7，

圖7 凸臺(tái)上三個(gè)階梯平面

Figure 7. Three steps plane on the convex table.

螺紋凸臺(tái)根部與螺紋的連接處產(chǎn)生縮孔。探究其原因，凸臺(tái)壁厚最大處與螺紋薄壁形成孤立熱點(diǎn)石，凝固冷卻過程中無法建立正確溫度梯度，沒做到薄壁螺紋處最先冷卻。凸臺(tái)的第三階臺(tái)部分的厚壁最厚，必須要最後冷卻，這樣才符合順序凝固的原則。在最後凝固之處必需要有充足的鋼液供給其冷卻時(shí)體積收縮補(bǔ)充之用，否則，縮孔缺陷就會(huì)發(fā)生在靠近凸臺(tái)最厚處的螺紋上。同時(shí)也應(yīng)該肯定，圖4和圖5組樹方案的優(yōu)點(diǎn)，澆注時(shí)鋼液不發(fā)生渦旋，流動(dòng)平穩(wěn)，充模順暢，工藝得料率高，這些特點(diǎn)必須保留。同時(shí)分析認(rèn)為，首次澆鑄工藝中的殼模燒結(jié)溫度偏低，保溫時(shí)間適中，鋼液的澆注溫度偏高，違背了“低溫鋼液澆鑄，高溫殼模燒結(jié)”的原則。

4 工藝改進(jìn)

首先建立補(bǔ)縮通道，讓鋼液供給法蘭狀的凸臺(tái)以滿足補(bǔ)縮之用。所以，在模頭與凸臺(tái)平面加了8mm的通條，見鑄件，如圖8。採用圖5組樹方案。並且，殼模焙澆溫度提高到1180℃，保溫30min,澆注溫度降為1650℃。

澆注結(jié)果，縮孔沒有完全消除，但是，縮孔的範(fàn)圍明顯減小，縮孔的深度也變淺了，見圖8。

圖8 在凸臺(tái)平面與模頭處加搭通條

說明對(duì)產(chǎn)生縮孔缺陷分析判斷是正確的，更證實(shí)，加上的通條偏小、沒有加到位，歸根究底，還是對(duì)鑄件不同部位應(yīng)該有不同的冷卻速度缺乏深知，沒有把握好溫度梯度對(duì)冷卻速度的調(diào)整。

圖9 加通條後縮孔面積減少

FIG. 9 reduced shrinkage cavity area after adding a strip

5 持續(xù)改善

我們?cè)诜ㄌm狀凸臺(tái)第三層次的側(cè)面上發(fā)現(xiàn)有9mm╳9.5mm的小平面，見圖10和圖11，選為內(nèi)澆口的位置，內(nèi)澆口的形狀見圖12。

內(nèi)澆口底部尺寸長(zhǎng)9mm╳寬9.5mm╳高14mm，做成錐形，由於熔模鑄造的工件小，一般情況下澆注系統(tǒng)中的內(nèi)澆口既是連接鑄件的澆口，更要讓它發(fā)揮冒口的作用,建立起溫度梯度，使凸臺(tái)的壁厚最大處得到補(bǔ)縮，並且順序凝固最後冷卻。考慮到薄壁件必須快速充模，所以，另一個(gè)內(nèi)澆口仍在原?78mm的平面上，用搭蠟條連接。

為了提高生產(chǎn)效率，不再使用常規(guī)的二叉模頭，重新設(shè)計(jì)專用模頭，見圖12。

圖12內(nèi)澆口的形狀

Figure 12 the shape of the gate.

經(jīng)過持續(xù)改善澆注系統(tǒng)後，螺紋蓋上的縮孔徹底消除，從內(nèi)澆口切割斷面看，補(bǔ)縮效果相當(dāng)成功，成品率達(dá)到100%，見圖13-1和圖13-2。

考慮到內(nèi)澆口的位置比較特殊，後續(xù)的切割工序有困難，一不小心就會(huì)切傷鑄件。所以，開設(shè)一副專用沖壓模具，在沖床上將內(nèi)澆口很順利地切下來。見圖14。

圖14 內(nèi)澆口切割模具

Fig.14 Inner gate cutting mold