裝載機(jī)853殼體大法蘭圓及平底邊框，防變形工藝實(shí)踐

　　消失模鑄造容易產(chǎn)生的三大主要質(zhì)量問題是：鑄件變形、表面粘砂、內(nèi)部碳渣，其中任何一種問題的大量出現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量都有致命的影響。

　　福建龍工鑄鍛公司生產(chǎn)的裝載機(jī)變矩器殼體(簡稱LG853殼體)其大法蘭圓和平底邊框變形量大，在設(shè)置澆注系統(tǒng)的同時(shí)，考慮采取了整體分型、木條支撐、泡沫支撐及合理放置烘烤等措施，經(jīng)過批量生產(chǎn)工藝驗(yàn)證和改進(jìn)，保證了小變形或不變形，滿足了產(chǎn)品技術(shù)要求，采取的防變形工藝措施合理有效。

　　福建龍工鑄鍛公司的消失模鑄造，年生產(chǎn)裝載機(jī)LG853殼體在3000噸以上，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要問題是外廓尺寸較大的法蘭圓容易產(chǎn)生橢圓及平底邊框存在翹曲變形，造成相關(guān)面加工余量不均，嚴(yán)重的造成報(bào)廢。

　　如何減少和消除變形問題成為該產(chǎn)品是否穩(wěn)定生產(chǎn)的一大課題，我們從模具設(shè)計(jì)、澆道設(shè)計(jì)、拉筋支撐、烘烤放置、埋箱震實(shí)等多道工序入手，采取多種有效方法，通過不斷試驗(yàn)和改進(jìn)，完全解決了所述的橢圓及翹曲變形問題，下面介紹我們的主要做法。

　　一、防止變形要考慮的因素

　　1)白模分型時(shí)對大直徑圓形部分要整體做出，若開兩個(gè)半圓再粘接組合，其圓整度較差;

　　2)外形尺寸較大的模片，要有一個(gè)分型做成平面，好放置于平板玻璃上烘烤和存放，防止模片變形;

　　3)模片突出厚大處要進(jìn)行掏空處理，減少壓型出模后，珠粒冷卻不夠繼續(xù)膨脹，造成局部鼓起和變形;

　　4)對會(huì)變形部位要設(shè)置防變形拉筋或支撐;

　　5)設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)，澆注位置要避開容易產(chǎn)生變形位置;

　　6)橫澆道及防變形支撐安裝后要有利于泡沫模的浸涂和烘烤;

　　7)對類似板塊的烘烤放置，要垂直放置為宜，避免平放時(shí)因背負(fù)涂料重量而局部下沉變形;

　　8)當(dāng)有兩遍涂料層，第一遍與第二遍的烘烤放置要錯(cuò)開位置，避免可能的變形疊加和涂料堆積;

　　9)下模束時(shí)黃模要平穩(wěn)放人砂箱，在加砂震實(shí)過程中不傾斜不位移;

　　10)設(shè)置震實(shí)強(qiáng)度、震實(shí)角度及震實(shí)時(shí)間時(shí)，要將減少變形考慮在內(nèi)。

　　二、LG853殼體的鑄件結(jié)構(gòu)

　　鑄件結(jié)構(gòu)見下圖1, 上部是一個(gè)像澡盆的大法蘭開口朝上中空圓盆，圓盆側(cè)壁開有一方形窗口，法蘭圓機(jī)加工后由螺栓與發(fā)動(dòng)機(jī)連接;

　　下部是內(nèi)凹帶平底邊框的底座 ，底座兩段寬度不同形成大小頭，底座外型有幾處臺(tái)階，構(gòu)成封閉的外圍(見圖2、圖3)，平底邊框機(jī)加工后由螺栓與變速箱體連接;

　　內(nèi)腔有兩階隔板和相通的孔洞(見圖4);整體外形尺寸長710mmX寬610mmX高300mm,法蘭外徑Φ580mm, 主要壁厚12mm,最大壁厚60mm，鑄件重115Kg,

　　材質(zhì)HT200。

　　圖1 LG853殼體結(jié)構(gòu)圖一(平放)

　　圖2 LG853殼體結(jié)構(gòu)圖二(側(cè)放)

　　圖3 LG853殼體結(jié)構(gòu)圖三(立放)

　　圖4 LG853殼體結(jié)構(gòu)圖四(側(cè)放)

　　三、模具設(shè)計(jì)防變形的考慮

　　3.1白模法蘭圓盤的整體分型

　　按圖1所示的分型面分型，保證法蘭圓盆為一整體，圓盆內(nèi)側(cè)由成型機(jī)的定模形成，外側(cè)由動(dòng)模形成，側(cè)壁的方形窗口及斜孔由抽芯鑲塊產(chǎn)生。

　　由于整體壓型，模片的圓整度很好，橢圓度小于0.5mm,模片烘烤和存放時(shí)法蘭端面放置于烘烤小車的玻璃平板上，防止存放的變形(見圖5)。

　　為利用空間，也可以吻合疊放于相配套的下一層模片上(見圖6)。

　　圖5 LG853殼體法蘭圓盆整體模片

　　圖6 吻合疊放于相配套模片

　　3.2平底邊框厚大部位掏空處理

　　圖1、圖2所示的平底邊框處有一厚大部位，壓型出模后，由于該處厚大冷卻不夠，在內(nèi)部余熱作用下，珠粒會(huì)繼續(xù)膨脹，導(dǎo)致平底邊框該部位凸起，造成：

　　(1)邊框翹起不平;

　　(2)底板邊框存放于玻璃平板時(shí)，只有凸起點(diǎn)接觸，周邊懸空，久放導(dǎo)致下沉變形。

　　采取措施是，將該處厚大部位掏空處理，做出凹槽，后用泡沫板蓋平(見圖7、圖8)。該方法同時(shí)既減少了珠粒用量，也減少了碳渣的形成。

　　圖7 掏空處理的凹槽

　　圖8 泡沫板蓋平了凹槽

　　四、大法蘭圓防變形支撐

　　4.1用木條的支撐

　　法蘭圓內(nèi)徑較大，達(dá)到了Φ500mm,直觀考慮到若用泡沫條做支撐(大板切割)，其強(qiáng)度較弱，于是就用強(qiáng)度足夠又不重的木條來做十字支撐。

　　但木條跟模束一起浸涂料后，經(jīng)過隨涂料較長時(shí)間的烘烤會(huì)彎曲變形，只能放在涂料兩遍浸涂并烘烤后進(jìn)行支撐。

　　在木條與法蘭圓的接觸點(diǎn)放Z形砂片相隔，防止接觸處的木條端頭澆注后燒掉消失變鐵。為增加法蘭圓涂層及支撐強(qiáng)度，局部再補(bǔ)刷一次涂料，再最后做一次烘烤(見圖9)。

　　圖9 用木條的支撐

　　圖10大法蘭端面整體朝下

　　由于需要對涂料烘烤后才能加木條支撐，所起的作用是防止造型震實(shí)時(shí)變形，這樣就要保證模束浸涂時(shí)和烘烤后不能變形。

　　為此，要將模束的大法蘭端面整體朝下，可保證法蘭不橢圓(見圖10)。存在問題見7.1平放的烘烤位置。

　　4.2 用泡沫條的支撐

　　用木條做支撐弊端較多，而且要用杉木，成本較高，也不利于環(huán)境保護(hù)，所以還是要重新考慮用泡沫條來做支撐。并且要在浸涂前的白模就支撐上，以實(shí)現(xiàn)法蘭圓可以豎放烘烤而不變形，進(jìn)一步考慮采用如下方法。

　　4.2.1 泡沫條用壓型壓出

　　用大板切割出來的泡沫條，偏軟偏弱，強(qiáng)度不足。改用成型機(jī)壓模壓出，其強(qiáng)度要高得多，表面光滑、尺寸準(zhǔn)確。

　　4.2.2 優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)

　　1)由十字撐改為“六”字形支撐(見圖11)，橫桿由十字中心的一個(gè)連接點(diǎn)增加為3個(gè)連接點(diǎn)，連接點(diǎn)間距縮短了，增加了支撐剛度。

　　2)不直接支撐在法蘭圓正內(nèi)側(cè)，而是往圓盆下的一臺(tái)階處，直徑要小一些，可縮短支撐長度，有利于剛度增加。

　　經(jīng)過優(yōu)化后的泡沫條支撐，可以在裝接澆道時(shí)同時(shí)裝上，保證白模在放置、轉(zhuǎn)運(yùn)、浸涂及豎放烘烤時(shí)都不至于變形，對過程的防止變形起到重要作用。

　　五、平底邊框防變形支撐

　　平底邊框小頭部分壁厚較薄，懸臂伸出，剛度很差，在埋箱震實(shí)時(shí)容易翹曲變形，采取辦法是用壓制的泡沫斜支撐條，支撐于大法蘭外圓下端面，起穩(wěn)固作用(見圖12)。

　　圖11 “六”子形支撐

　　圖12 小頭的兩根斜支撐

　　六、澆注系統(tǒng)的設(shè)置

　　澆注系統(tǒng)的設(shè)置在《853殼體澆注系統(tǒng)的形成及后續(xù)改進(jìn)》做了論述[3]，其澆注位置是側(cè)放，橫澆道位于平底邊框的厚大處，可實(shí)現(xiàn)一箱放置2件。

　　七、涂料浸涂后烘烤的放置

　　7.1 平放的烘烤位置

　　平放有兩個(gè)位置，即大法蘭端面朝下和平底邊框朝下。由于平底邊框裝了澆道，不能平放，只能是大法蘭端面朝下，

　　其優(yōu)點(diǎn)是：大法蘭圓不容易變形，但存在問題有：

　　(1)最大地占用了烘烤小車臺(tái)面(相對于側(cè)放);

　　(2)第一遍與第二遍的烘烤放置都在這個(gè)位置，無法錯(cuò)開，造成模片低洼凹坑處涂料疊加堆積、甚至開裂：

　　(3)平底邊框的小頭部分壁厚較薄，懸臂伸出，當(dāng)兩遍涂料浸涂后，承重較大，造成下垂變形。所以平放位置不宜采用。

　　7.2 側(cè)放和立放加粘泡沫支撐墊塊

　　1)由于側(cè)放位置的不平，在懸空位置加粘了一個(gè)泡沫支撐墊塊(見圖13)，就可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的側(cè)放(見圖14)

　　圖13 加貼了一個(gè)泡沫墊塊

　　圖14 實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的側(cè)放

　　2)由于立放位置的不平，在懸空位置加粘了二個(gè)泡沫支撐墊塊(見圖15)，就可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的立放(見圖16)

　　圖15 加貼了二個(gè)泡沫墊塊

　　圖16實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的立放

　　泡沫墊塊有固定的下料尺寸，用雙面膠粘于白模特定位置，起支撐平衡作用，二遍涂料烘烤后，剝?nèi)|塊，對涂料露白要補(bǔ)刷涂料。

　　7.3 側(cè)放和立放位置的好處

　　側(cè)放和立放烘烤位置帶來的好處：

　　(1)占用烘烤小車臺(tái)面小，平放時(shí)一部小車每層平放只有3個(gè)，側(cè)放時(shí)可放4個(gè)，提高33%生產(chǎn)率。

　　(2)第一遍涂料用側(cè)放位置烘烤，第二遍涂料可錯(cuò)開90度用立放位置烘烤;

　　(3)都有利于涂料的自然流淌和避開模片低洼凹坑處涂料的疊加堆積甚至開 裂：

　　(4)平底邊框的小頭不會(huì)因兩遍涂料負(fù)重造成下垂變形。

　　八、埋箱震實(shí)的防變形

　　以上采取的方法和措施都是為了使埋箱前的模束不變形或少變形，這是防止鑄件變形的必要條件。而使最后的埋箱震實(shí)不變形則是充要條件，不可忽視。確定了模束放置位置(見圖17)之后，主要就是進(jìn)行震實(shí)配方參數(shù)設(shè)定。

　　表1為 LG853殼體震實(shí)配方各參數(shù)。底砂高度250mm,8個(gè)加砂步驟，第2步、第3步為砂粒垂直移動(dòng)方向，其余為水平移動(dòng)方向，沒有設(shè)置角度移動(dòng)方向。第6步、第7步即型砂蓋過模束后主機(jī)轉(zhuǎn)速才加快，避開對模束的強(qiáng)震，型砂總震實(shí)時(shí)間130秒。該配方經(jīng)過多次的試驗(yàn)和調(diào)整，不會(huì)因震實(shí)不夠而產(chǎn)生鐵包砂，也不會(huì)因震實(shí)過度而產(chǎn)生變形。

　　表1，LG853殼體震實(shí)配方各參數(shù)

　　震實(shí)配方每一步中需要設(shè)計(jì)選用的參數(shù)如下：(1)雨淋加砂快速加砂：開/關(guān);(2)雨淋加砂慢速加砂：開/關(guān);(3)震實(shí)臺(tái)電機(jī)運(yùn)行：開/關(guān);(4)震實(shí)臺(tái)升起：開/關(guān);(5)震實(shí)臺(tái)落下：開/關(guān);(6)震實(shí)力矢量狀態(tài)：1—40;(7)區(qū)域震實(shí)時(shí)間：秒;(8)區(qū)域加砂高度：0—1200mm;(9)震實(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速：0—3600RPM。

　　震實(shí)配方設(shè)計(jì)主要是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分多步加砂，每步加砂根據(jù)產(chǎn)品在該高度位置的實(shí)際結(jié)構(gòu)選用，1)合適的震實(shí)矢量(控制砂粒移動(dòng)方向，包括：水平、垂直和角度)2)電機(jī)轉(zhuǎn)速(控制震實(shí)力大小)來使砂粒沿特定方向移動(dòng)以填充模束內(nèi)外所有角落并獲得一定的緊實(shí)度。

　　圖17 LG853殼體在砂箱中的位置

　　圖18 龍工震實(shí)臺(tái)的結(jié)構(gòu)

　　九、相關(guān)工藝及效果檢查

　　以上重點(diǎn)介紹了LG853殼體大法蘭圓及平底邊框防變形工藝方法和措施，其它相關(guān)工藝有：1)黃模浸涂2遍涂料波美度70，電加熱爐50℃烘烤;2)美國富康震實(shí)臺(tái)，20/40目海砂;3)一次澆注兩箱,一箱2件;4)獨(dú)立直澆道，先燒后澆;5)澆注溫度：1485-1475℃，澆注速度：25-30秒;6)澆注負(fù)壓0.035-0.04Mpa,澆后保壓90秒。工藝出品率78%,鑄造合格率97%，機(jī)加工合格率98%，鑄件的大法蘭圓橢圓度及平底邊框變形量都能控制在2mm內(nèi)，極少有機(jī)加工發(fā)現(xiàn)變形的投訴。

　　十、結(jié)論

　　1)鑄件變形是消失模鑄造容易產(chǎn)生的三大主要質(zhì)量問題之一，防止變形的過程涉及到：模具設(shè)計(jì)、澆注位置、支撐拉筋、烘烤放置、埋箱震實(shí)等。2)對于具有較大直徑的法蘭圓鑄件部分，做出白模整體分型，減少模片粘合，對保證圓整度極為重要。分型時(shí)還要考慮做出烘烤放置的平面，防止烘烤和存放的變形。3)設(shè)置支撐拉筋是防止泡沫變形的重要措施，對于大批量生產(chǎn)的支撐拉筋，為提高強(qiáng)度應(yīng)該使用模具壓制成型。4)涂料烘烤位置盡可能采用立放，第二遍烘烤時(shí)能90度或180度交叉錯(cuò)位，防止重復(fù)受壓變形和涂料在同一位置堆積。