浅析热油泵球铁件的消失模铸造工艺
段克利
(重庆万铸重工设备有限公司)
摘要：本文详细分析了热油泵铸件的白模粘接工艺、涂料涂挂的方案、浇注系统的方案、装箱组型的方案等，介绍热油泵壳体铸件防变形的具体工艺措施，以及如何使用动态同步凝固原理来设计合理的浇注工艺。
关键词：热油泵;消失模铸造;球铁;防变形;浇注工艺。
消失模铸造工艺采用负压干砂震动造型，而且模型表面必须涂挂涂料并烘干。这两个生产工艺过程会给模型带来很高的变形机率。为了提前预防这两个工艺过程中出现的变形，白模上的防变形拉筋必不可少。它的设计要纵观铸件的结构而定，合理运用直交道、内浇口和拉筋，并采取必要工艺设计来达到理想的成品率、出品率。本文中作者以热油泵铸件为例，介绍一些球铁件生产中防变形的具体经验。
热油泵工件基本描述：
第一步：零件介绍
1) 基本轮廓尺寸如图1
图1 热油泵泵壳的简图
2)材质： QT400-18; 3)球化级别：二级; 4)石墨大小：6级;
5)打压试验：4Mpa试压时间大于5分钟;6)单件重量：44 kg。
第二步;零件特性分析：
1) 泵壳最薄壁厚8mm易冷隔;
2) 油泵底座四角为160mmx80mmx12mm易变形;
3) 油泵出油口下端和进油口法兰下端不利填沙;
4) 大口直径251mm易变形;
5) 直径192mm的法兰盘厚度28.5mm易缩松;
6)球化级别2级，石墨大小6级不易球化完毕长时间浇注;
7)4Mpa试压时间大于5分钟，不容许有热解残留物和夹砂、夹渣。
第三步 ：硬件条件
1) 熔炼设备1T中频炉; 2)负压设备SK-20真空泵2台;
3) 造型设备可变频三维震实台2台; 4)每小时30吨砂处理设备一套;
5) 1260x900x1100负压砂箱10只; 6)500kg球化包1只，1000kg浇注包1只;
7) 1200x1000螺杆成型螺杆机5台; 8)间歇式预发机含流化床一套;
9) 500kg可调速涂料搅拌机一台; 10)蒸汽制热方式烤房40m2x5共计200平米。
第四步：工艺方案
图2 热油泵泵壳的浇注工艺简图
铸造工艺设计理念：围绕现有硬件设施设计，方便现场操作，提高工艺出品率，巧妙利用拉筋和直浇道防止变形并实现同步凝固，合理通过流场调整热场，实现球墨铸铁特有自补缩功能，达到低耗、优质、高效的目的。
铸造工艺简介：
1)浇注系统总重8.8kg，零件88kg，工艺出品率90%;
2)方直浇道340x35x35。目的是方便内浇道组合，末端可以收集前端过冷铁水;
3)圆直浇道直径33x333，浇口杯直径114，使工艺出品率最高化;
4)内浇道为斜锲(55x30x15x5)x2，斜锲浇口方便去除，集中热量中心两点切入，利用流场，均衡分配热量，同时控制251尺寸的变形并牢固模串方便操作。
5)木条(10x15x420)x2，(10x15x540)x2，控制底座四角变形，方便涂挂和入箱(如图3所示)。斜锲(20x30x15x8)x8，方便去除，减少打磨工作量，提高铸件表面光洁度。
图3 白模组型的三维示意图
6)模型材料选用STMMA—2#，预发密度21g—22g/L,克服了EPS的含碳量高进而影响石墨型态的问题。浇注系统选用EPS泡沫切割，降低成本。
7)模具水平分型，由郑州万达刘氏模具提供。
8)涂料选用自配石英粉骨料涂料，粘度要求波美计度数：48-50度。涂挂3遍、法兰口向下排放(如图4所示)，通过涂料流淌性质自然形成局部加厚涂料，解决油泵出油口下端和进油口法兰下端不利填砂可能引起的铁瘤。
图4 白模组型后摆放位置的示意图
9) 球化剂选用：ZDSA8-3;粒度为5-20mm，加入量为1.1%，球化温度1570-1590℃。
10)孕育剂牌号：70SB-1,粒度1-3mm和0.2-0.8mm,包内加入量1.1%，随流量0.1-0.2%。
11)生铁选用国标Q12号，基本配料生铁为65%-75% ，废钢为10%-15%，硅铁0.3%。球化炉前成分要求：C：3.8-3.9，Si：1.4-1.5。
12)每炉两次球化，每包600kg，每包浇注3箱，每箱两组模串，每串两件。每串浇注时间40—50秒，4—5分钟完成浇注过程。
13)负压要求: -0.4-0.6Mpa。
14)浇注后保压时间10分钟，保温时间1小时。
铸造工艺验证：
1) 郑州万达刘氏磨具设计，水平分型每模两片一件。
2) 白模型的制作。
珠粒预发后，其熟化至少需要8h。熟化时间与模样材料、模样壁厚、熟化条件(温度、湿度、通风)等有关，应根据具体情况而定。预发泡密度为21—22g/L，待用时间大约为48h，死量含量不超过0.5%。由于泵壳体较复杂，泡沫模样不能在一组模具内成型，需要进行分片处理，故需单独用模具成型，然后用粘结的方法，将分片泡沫模样组合成整体泡沫模样，然后自然存放5天，涂挂前进行组合烘烤，时间大于12h，白模最终重量小于140g。
图5 白模摆放和木条压白模的示意位置
按如图所示粘接：
将组合好的模片用纸胶布贴好，仔细检查模片的表面，对毛刺和模片缺陷部位要进行打磨修整。将胶水均匀的涂刷结合部位，不要造成沾合后胶水堆积的现象。在贴纸胶布时要保证胶布和模片结合部位的严实性，粘合后不能有缝隙和皱皮。
图6 白模粘接的操作示意图
3)模型组装
图7 白模粘接的注意事项
4)模型涂挂
消失模涂料必须具备良好的强度、透气性、悬浮性、流淌性、涂挂粘结性、耐高温性等性能。本案例采用自配涂料，涂料搅拌机转速高速：1000-1200转/分钟，搅拌1个小时，涂料搅拌机转速低速：500-600转/分钟，搅拌30分钟消除气泡，粘度为波美计度数：48-50度，涂料没有气泡产生，涂挂的遍数：总体3遍。如图摆放，让暗角不好充型部位自然流淌增厚，实不长铁瘤，且不预填砂的作用。
(a) 涂挂完涂料后滴流的摆放方式 (b) 进入烘房后在货架上的排放方式
图8 白模涂挂的注意事项
5)造型过程采用布袋加砂, 砂温要求不超过60℃，加砂步骤如图所示
图9 布袋加砂的操作指导书
6)铸件浇注现场
图10 浇注现场的照片
7)铸件落砂
图11 落砂现场的照片
8)铸件检测：
(1)无明显粘砂和皱皮，冷隔，缩松铸造缺陷，落砂后木条自然脱落，连接内切轻敲打平整脱落。
(2)尺寸符合图纸要求。
(3)球化级别为1～2级如图12所示 。
图12 石墨以球状为主，球化1～2级之间 ×100
(4)铸态球铁的机械性能
珠光体数量<30%，磷共晶数量<1%时，其机械性能试验数据，见表1。即σb500～600 MPa，δ518%～22%，aK≥50 J/cm2，HB170～200。
表1 球化级别为1～2级之间的QT400-18铸态球铁的机械性能
9)总结共计浇注8炉，108件，2件气孔集中法兰盘上端，其余压力试验后全部入库。
10)铸件入库。
结论：
消失模铸造由于其造型灵活性的特点，在工艺设计时可以通过灵活设计木拉筋巧，妙运用浇注系统，合理选材等方法调整铸件的冷却顺序，以最大限度的减少冒口尺寸与数量，提高工艺出品率。同时可以通过设计技巧连接木拉筋与铸件结合最大程度提高表面光洁度减少后续打磨工作量，实现理想的高质量铸件是必然的。
