大壳体的熔模铸造工艺

Ａｕｇ．２００６　ＶｏＩ．５５　Ｎｏ．８　·８０７·　大壳体的熔模铸造工艺　李朋妮　（１．西北工业大学，陕西西安７１００７２；２．红原航空锻铸工业公司，陕西三原７１３８０１）　摘要：在介绍大壳体熔模铸造工艺过程的基础上，重点介绍了大壳体熔模铸造过程中采用的一些特殊方法和措施，如　在型壳上开设出蜡孔，分体制壳，采用铁丝捆扎型壳等。结果表明型壳的质量和强度得到了提高，成功的生产出了大　壳体熔模精密铸件。　关键词：大壳体；熔模铸造；出蜡孔；分体制壳　中图分类号：ＴＧ２４９．５文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－４９７７（２００６）０８—０８０７—０２　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｐｒｏｄｕｃｅ　Ｂｉｇ··Ｓｈｅｌｌ　ｉｎ　Ｉ　ｎｖｅｓｔｍ　ｅｎｔ　Ｃａｓｔｉ　ｎｇ　ＬＩ　Ｐｅｎｇ－ｎｉ　（１．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１　００７２，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｏｎｇ　Ｙｕａｎ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｆｏｒｇｉｎｇ＆Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃ０．Ｌｔｄ．，Ｓａｎｙｕａｎ　７１　３８０１，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｂｉｇ－ｓｈｅｌｌ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｃａｓｔｉｎｇ．ｓｐｅｃｉａＩ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｔａｋｅｎ　ｉｎ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｍａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｈｅｌＩ　ｔｏ　ｒｅｍｏｖｅ　ｔｈｅ　ｗａｘ．ｍａｋｉｎｇ　ｓｈｅｌＩ　ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ，ｂａｎｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｈｅｌＩ　ｂｙ　ｉｒｏｎ　ｗｉｒｅ　ｅｔｃ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｅｌｌ　ａｒｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．ａｎｄ　ｂｉｇ－ｓｈｅｌｌ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｉｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｉｎ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ａｃｓｔｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｉｇ　ｓｈｅｌｌ；ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ａｃｓｔｉｎｇ；ｔｈｅ　ｈｏｌｅ　ｆｏｒ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ　ｗａｘ：ｍａｋｅ　ｓｈｅｌＩ　ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ　图１为某厂压力容器所使用的大壳体铸件，铸件重　件除凸缘处质量要求较高外，铸件内还必须无缩孔、　７Ｏ　，尺寸如图所示，最大壁厚２０　ｍｍ，材质为　疏松、气孔、夹渣、冲砂等缺陷，组织致密。故在浇　１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢，该产品要求铸件表面无裂纹、无　注系统设计时，必须考虑金属液的充分补缩，熔渣上　鼓胀、夹渣、冲砂等缺陷；内部无缩孔、疏松，组织　浮排气要求畅通。　致密，能承受２０　ＭＰａ．压力。　该铸件属熔模铸造的大型件，且壁较厚，金属液　的凝固时间较长，放热量大，对模壳的热冲击大，在　金属液未完全凝固时模壳高温强度已开始降低，模壳　溃散，易引起铸件鼓胀，甚至跑火，导致铸件报废。　３工艺设计　为了保证铸件的内部质量，浇注系统设计成底注　图１铸件结构简图　式，上部采用两个腰形冒口（见图２）。　Ｆｉｇ．１　Ｓｋｅｔｃｈｏｆｃａｓｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　３．１模具设计　１　生产条件　根据铸件的大小，设计为整体模具，则存在以下　问题：①模具体积大、重量大，手工无法操作；②压　生产设备：气动压蜡机，　８００　ｍｍｘ８００　ｏｔｎｉ浮砂　蜡筒容积有限，一次压型无法充满型腔；③型腔体积　桶，蒸汽脱蜡锅，１５０ｋｇ中频感应电炉。　大，蜡料在型腔中充填距离长，蜡料无法压满；④蜡　２铸件结构工艺性分析　料温差大，表面粗糙度达不到要求；⑤十件产品，属　单件小批量生产，投入一整套模具材料浪费大。　由于该零件使用时要承受２０　ＭＰａ的压力，故对铸　针对以上分析，为了方便操作，节约原材料，保　收稿日期：２００６—０４—０６收到初稿，２００６—０５—１２收到修订稿。　作者简介：李朋妮（１９７６－），女，陕西西安人，工程师，研究方向为铸造工艺及生产控制。　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ａｕｇ．２００６　８０８·　ＦＯＵＮＤＲＹ　ＶＯＩ．５５　Ｎｏ．８　证型腔充填，将铸件分为三部分（见图３）。Ｉ、Ⅲ部　分由一套模具压出（蜡模上带焊合定位销），Ⅱ部分由　套模具压出（蜡模上带组合定位孔）。　什　蘑　Ｉ羽２铸件浇注系统简图　图３铸件分解简　Ｆｉｇ．２　Ｓｋｅｔｃｈ　ｏｆｔｈｅ　ｃａｓｔｉｎｇ’Ｓ　ｇａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｆｉｇ．３　Ｓｋｅｔｃｈ　ｏｆｄｅｐａｒｔ　ｃａｓｔｉｎｇ　图５蜡模与部分浇注系统组合图　图６冒口部分组合图　ｇ．６　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆｒｉｓｅｒ　ｐａｒｔ　Ｆｉｇ．５　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆｗａｘ　ａｎｄ　Ｆｉｐａｒｔｌｙ　ｇａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　块表面、胃口与铸件粘合面及＠２０　ｍｍ圆柱（出蜡口）　顶端涂料刮去；②第五层涂挂后，用　２　ｍｍ的铁丝捆　绑模壳。穿过法兰上＠２０　ｍｍ：ｆｔ捆绑型壳后沿＠３００　依据浇注系统设计结果，直浇道模具设计时，只　设计浇道窝及内浇道部分，浇道窝以利于金属液的缓　冲。直浇道部分用＠１００　ｍｍｘ２００　ｎｌｌｌｌ的现有模具压出，　ｍｍ圆周方向再捆绑三道，以增强模壳的高温强度。　３．４模壳焙烧、冒口与铸件部分组合　为节省电能，模壳进行二次焙烧。一次焙烧后，　将几部分蜡模组合成直浇道。用＠１００　ｍｍｘ２００　ｍｍ的　圆筒蜡模经周围粘蜡组合成浇口杯，达到设计要求。　将冒口设计成腰形冒口（见图４）。　用水玻璃、石棉、煤矸石粉混合糊状将图５和图６两部　分粘合，将＠２０　ｍｍ出蜡孔封死。由于＠３８０　ｍｍ模壳　圆周外围为棱角，在操作时易磨去砂粒，该处模壳的　高温强度将降低，易引起炮火，故将该部位用水玻璃．　煤矸石粉混合成糊状后加固模壳以提高其强度。　３．５熔化、浇注　浇注前对模壳进行第二次焙烧。由于铸件浇注位　置处的模壳承受静压力大、金属液凝固时间长、热冲　图４冒口的形状　Ｆｉｇ．４　Ｓｋｅｔｃｈ　ｏｆｔｈｅ　ｉｓｅｒ’ｒＳ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　击大，为防止模壳鼓胀或开裂引起跑火，将焙烧好的　模壳放人桶中，埋砂、吸尘、准备浇注。　将熔融的金属液除渣、脱氧，在（１　６２０＋１０）℃出　炉，在（１　５７０ｘ１０）。ｅｒｉｃ浇注。该铸件及浇注系统总重　１２０　ｋｇ，浇注时间５　ｒａｉｎ。浇注时由于受到浇包大小限　３．２　蜡模组合　为保证铸件尺寸，将蜡模放人特制的工装中，压　紧沿＠３８０ｍｌｉｌ圆周测量高度，要求高度差≤０．５　ｍｍ，　将三部分蜡模焊接在一起，修模至表面光洁无缺陷。　在组合蜡模上，沿＠２６０　ｎｌｌｌｌ圆周对称组合＠３００　ｍｍｘ＠２６０　ｍｍｘ２０　ｎＬｒｎ长度与冒口根部长度相同的（即　制，为了防止后包钢液与前包钢液断流引起欠铸，同　时缩短浇注时间，在前包钢液即将浇注完毕时，后包　钢液即开始浇注。当液面高出铸件顶部时，补浇冒口，　浇完后用草木灰覆盖冒口圾浇口杯。以利继续补缩。　为了得到致密的金属组织，改善铸件冷却条件，　在浇注完毕２０　ｍｉｎ后打箱。　冒口与铸件的粘合部位）两块蜡块。　将浇道窝及内浇道部分和＠１００　ｍｍｘ２００　ｍｍ直浇　道蜡模组合在一起，高度为４１０　ｍｍ。将铸件及部分浇　注系统的蜡模组合成如图５所示，将冒口与浇口杯部分　组合成如图６所示，共为两部分，分体涂制型壳。　４试制结果　首批试Ｎ２件，在浇注过程中无跑火现象发生，铸　件内外表面无鼓胀，经清砂、浇冒口切除后，浇冒口　根部组织致密，在２５　ＭＰａ空气压力保压３０　ｍｉｎ实验后，　无泄压现象。继续投产８件，均达到需方要求，该铸件　共投产ｌ０件，合格率１００％。　在脱蜡时，由于蜡料的膨胀，模壳湿强度较低，　在压力作用下易弓ｌ起模壳裂纹，为了降低这种张力。　增加了　２０　ｍｍｘ３０　ｍｍ的出蜡Ｖｌ４个（图５），以利于液　态蜡料排出，避免模壳在脱蜡时鼓胀出现裂缝，影响　型壳质量和强度。　３．３制壳　５结论　为了保证模壳有足够的湿强度和高温强度，降低　原材料消耗，采用复合型模壳。　１－５层：硅酸乙脂＿冈０玉粉涂料，挂刚玉砂；６一ｌ２　层：水玻璃一煤矸石粉涂料，挂上店砂；第ｌ３层挂涂料。　要求：①每层挂料完毕将３０　ｍｍｘ３０　ｍｍｘ３０　ｍｍ蜡　工艺方法是合理可行的，能够满足该铸件最终要　求；为大型铸件熔模铸造提供了经验依据。采用本工　艺生产该铸件ｌ０件，创经济效益７万余元。　（编辑：张允华。ｚｙｈ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ）