電機殼體消失模鑄造工藝過程控制

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電機殼體消失模鑄造工藝過程控制

趙清禎，米艷斌，劉存濤，張家俊
（河北瑞歐消失?？萍加邢薰?，河北寧晉055550）

采用潮模砂工藝生產(chǎn)電機殼，生產(chǎn)效率低且工人勞動強度大，產(chǎn)品外觀質(zhì)量不好及清理工作量大。隨著消失模工藝的推廣及廣泛應用，引進消失模工藝生產(chǎn)電機殼體，因技術(shù)等方面的限制，機制白模表面連續(xù)性差，鑄出的鑄件表面質(zhì)量不好，并有夾渣、加砂、冷隔、變形等缺陷。本文從原材料預發(fā)，白模烘干，刷涂及干燥，組型工藝到埋箱造型和澆注方面進行嚴格控制，解決了消失模生產(chǎn)過程出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

消失模；電機殼；缺陷；工藝

1　原工藝及參數(shù)

1.1原工藝

材質(zhì)HT200，采用頂注式澆注系統(tǒng)，直澆道φ40 mm×50 mm，8條橫澆道（截面尺寸15 mm× 10 mm）均布于圓周，內(nèi)澆口尺寸2 mm×10 mm，封閉式澆注系統(tǒng)［2］；涂料刷涂3層，厚度1.3 mm～1.5 mm，間斷性烘干（白天鍋爐燒8 h，之后靠余熱進行烘干），澆注溫度1 500℃左右，澆注負壓0.04 MPa～0.05 MPa，保壓6 min.

1.2結(jié)果及分析

按原工藝進行澆注，電機殼鑄件澆注結(jié)果如圖1所示。

鑄件表面缺陷主要為夾砂、夾渣、冷隔，產(chǎn)生此類缺陷的原因及預防措施主要有以下幾方面：

圖1　按原工藝澆注的電機殼鑄件各種缺陷

1）鐵液除渣處理不到位并且擋渣效果不好，鐵液中渣子及浮渣劑隨鐵液進入型腔。此問題可通過多次打渣，正確放置擋渣巖棉并使用鐵片進行覆蓋等方式進行預防。

2）澆口杯及內(nèi)澆道等連接部位有縫隙或相粘結(jié)部位涂料強度不夠，鐵液沖刷涂料導致涂料層剝落產(chǎn)生沖砂。預防此問題出現(xiàn)可通過增加澆注系統(tǒng)涂刷層數(shù)、增加涂料強度等方面進行控制，同時注意涂料返潮，從烘干房拿出后立即進行埋箱造型，并當天澆注。

3）白模密度過大，澆注溫度偏低，導致白模未完全氣化，在鐵液作用下形成的玻璃體經(jīng)打砂處理形成渣眼?？刂瓢啄５拿芏?，盡可能提高澆注溫度和速度，在電機殼支座部位增設集渣冒口，使冷卻的鐵液及渣子等雜質(zhì)上浮至集渣冒口。

4）鑄件表面出現(xiàn)麻坑狀缺陷，白模連續(xù)性不好，白模充型不實或預發(fā)不良，導致鑄件表面粗糙度大，出現(xiàn)麻坑［3］。

5）鑄件拋丸處理，使用粒度0.8 mm的鋼丸比粒度1.2 mm的鋼丸表面質(zhì)量要好很多，粒度小表面較細膩，同時根據(jù)鑄件表面質(zhì)量要求，可選用不同的拋丸速度即選用不同轉(zhuǎn)速的電機。

6）澆注溫度1 530℃～1 560℃，溫度偏高，灰鐵涂料強度可能不夠，從而產(chǎn)生沖砂。

2　工藝改進及過程控制

2.1工藝改進試制產(chǎn)品型號及工藝

此次工藝改進以225型號電機殼為例，產(chǎn)品主要尺寸：直徑343 mm，高度420 mm，壁厚5 mm，散熱片共60片，厚度5 mm，片間空隙深40 mm.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2所示，此件為出口ABB的零件，表面質(zhì)量要求很高，不允許存在任何缺陷。

圖2　按改進工藝生產(chǎn)的電機殼鑄件

此次工藝改進后白模使用嘉昌B-107共聚料，因鑄件壁厚較薄且散熱片較密集，為控制白模變型量，將預發(fā)密度控制在24～25 g/L，預發(fā)過程關(guān)注主管道壓力及缸內(nèi)溫度的變化，間斷性測量密度，確保珠粒密度及大小的均勻性，為之后白模表面質(zhì)量奠定良好基礎。

主要參數(shù)為主蒸汽管道壓力保持在0.08MPa，缸內(nèi)壓力設置為0.02 MPa，加熱時間18 s.

2.2白模打制

工藝改進使用手動模具，圖3所示為模具結(jié)構(gòu)，設有6處充料口，因模具結(jié)構(gòu)原因，先后加料順序不同會出現(xiàn)某些位置充不實的現(xiàn)象。圖4所示為白模缺陷，圖4a）為白模充不實的缺陷，經(jīng)過反復試驗，確定充料槍加料順序，同時因充料手法不同白模表面質(zhì)量變化很大，此過程對操作者操作水平要求較高。白模打制過程，注意檢查白模表面質(zhì)量。圖4b）所示為表面連續(xù)性差有針尖狀缺陷，圖4c）所示為表面料生且加不滿導致呈現(xiàn)珠粒凹凸不平的缺陷。

圖3模具結(jié)構(gòu)

圖4白模缺陷

產(chǎn)生此缺陷的原因有：（1）模具表面水分未吹凈造成的水占位，合模前吹凈型腔表面的水珠即可；（2）珠粒放置時間長（超過兩天），珠粒內(nèi)部成分揮發(fā)，通蒸汽時珠粒不能完全膨脹；（3）主加熱時間短及腔內(nèi)壓較低，珠粒未完全膨脹；（4）預發(fā)密度小，顆粒大，發(fā)泡后不能全部填滿空隙等等；經(jīng)過調(diào)整打制出高質(zhì)量的白模如圖5所示。

圖5　經(jīng)過調(diào)整打出高質(zhì)量的白模

2.3白模烘干

烘干房設置溫度一般為40℃～50℃，濕度控制在15%以下，根據(jù)當?shù)丨h(huán)境高濕度的特點（空氣濕度達到80%以上），溫度低于50℃時濕度都在18%以上，將溫度調(diào)到53℃，濕度可控制在13%.打好的白模盡快放入烘干房內(nèi)進行烘干定型，烘干過程進行間斷性稱重，重量不變化后即為烘干，要求白模烘干時間不低于3 d.

2.4組型

采用頂注式澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)在原來的基礎上擴大內(nèi)澆口尺寸至5 mm×10 mm，組型過程為控制端面圓橢圓度，在使用矯形工裝的前提下粘結(jié)木條并在底端粘結(jié)三角形支架作為支撐，如圖6所示。

圖6組型

2.5涂料刷涂及烘干

第一遍涂料波美度在1.6，烘干時間不低于10h，第二遍涂料波美度在1.7～1.8，烘干時間不低于24 h，兩遍涂料總厚度在1.0 mm～1.2 mm即可。整個涂料操作過程模型保持直立方式，轉(zhuǎn)動時受力點為直澆道及底部三角支撐架端點，烘干房溫度設置為55℃，濕度15%，烘干過程進行間斷性測量黃模重量，間隔時間不低于3 h，重量不變化即表示烘干，修補后放置時間不低于8 h才可埋箱澆注（此參數(shù)根據(jù)地區(qū)不同會有相應的變化）。待澆注的模型應單獨放置，決不可與剛刷涂的模型放在一個烘干房，防止吸潮。

2.6埋箱造型

烘干后的黃模在埋箱前一直存放于烘干房內(nèi)不間斷烘干，隨埋箱隨拿。

底砂厚150 mm，刮平后震動，放置黃模，加砂至澆口杯位置后進行震動，覆蓋薄膜及覆蓋砂，對澆口杯進行處理，確保澆注過程砂子不迸濺進入澆注系統(tǒng)，如7所示。

圖7　澆口杯密封澆注過程不進砂

2.7澆注

澆注溫度1 510℃，負壓0.05 MPa，保壓12 min，鑄件單重75 kg，澆注過程持續(xù)快速完成澆注，時間控制在10 s內(nèi)。出爐前準備澆包，澆包表面不得附有渣子、釉子等雜質(zhì)，澆包口處無散沙且包稱密實，出爐后打渣，將巖棉覆蓋在包口處并壓鐵板，防止渣子進入型腔。

3　結(jié)果分析及工藝再改進

鑄件經(jīng)拋丸清理后，如圖8所示，鑄件散熱片粘砂嚴重但是可脫落，沒有鐵包砂，鑄件中下部位區(qū)域性表面夾渣氣孔。

圖8　改進工藝后鑄件中下部區(qū)域性表面缺陷

3.1第一次工藝分析及改進

分析粘砂原因是由于涂料薄，耐火度不夠；出現(xiàn)區(qū)域性渣氣孔是由于澆注溫度偏低，鑄件薄鐵液溫度不足以使白模氣化而造成。工藝改進方案：散熱片間涂料刷涂三遍，提高澆注溫度至1 530℃.清理后，鑄件散熱片件仍然粘砂，比之前較輕，鑄件中下部位仍有渣氣孔缺陷，如圖9所示。

圖9　散熱片內(nèi)粘砂及中下部夾渣氣孔

3.2第二次工藝分析及改進

粘砂問題及鑄件渣氣孔比之前有所好轉(zhuǎn)，但是澆注溫度和速度均在要求范圍內(nèi)，分析原因，發(fā)現(xiàn)粘砂位置均布在對稱兩側(cè)，也就是涂料出現(xiàn)問題的可能性比較低，很可能是由于型砂緊實度不夠?qū)е?，而粘砂位置在埋箱時對應的震實臺方向為X向；渣氣孔成區(qū)域性有規(guī)律的存在，其他位置沒有此類缺陷，結(jié)合埋箱過程，在震動過程黃模傾斜，導致澆注過程鐵液不按設想方式充型，位置較高部位鐵液進入量少，降溫快，成糊狀凝固，組織不致密而產(chǎn)生疏松。

工藝改進方案：調(diào)整震實臺X方向震動電機偏心塊，使重合度到90%；埋箱過程底砂要求使用刮板刮平，震動過程黃模不可傾斜，或傾斜后到達澆注位用墊片將砂箱墊高使黃模盡可能保持水平，澆注過程要先求穩(wěn)再求快，結(jié)果如圖10所示，徹底解決了上述問題。

圖10　工藝改進后生產(chǎn)出的鑄件

4　總結(jié)

電機殼類薄壁鑄件，在使用消失模工藝時，從白模原材料到鑄件成品，所經(jīng)歷的各個環(huán)節(jié)都需嚴格把控，以保證工藝的實施，主要設備如震實臺、負壓系統(tǒng)，澆包等均需調(diào)整到最佳狀態(tài)（對剛剛使用消失模工藝廠家尤為重要也是難點）。使用消失模生產(chǎn)電機殼體的工藝已經(jīng)相對成熟，在福建區(qū)域，因氣候環(huán)境原因，消失模工藝未得到廣泛應用，此次在該現(xiàn)場使用消失模工藝成功生產(chǎn)出高質(zhì)量鑄件，證明嚴格控制好各個工藝環(huán)節(jié)，尤其是黃區(qū)涂料烘干環(huán)節(jié)，控制好烘干房溫度和濕度，消失模工藝在此區(qū)域仍可成功運用。

［1］樊自田，蔣文明．消失模鑄造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］．鑄造，2012（06）：583-591.

［2］李增民，李志勇．消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)［J］．鑄造技術(shù)，2002 （03）：155-159.

［3］劉永琪，鄭國威，曹立為．淺談消失模鑄造夾砂缺陷解決的一些體會［G］//中國機械工程學會鑄造分會第十屆消失模與V法鑄造學術(shù)年會論文集．武漢：中國機械工程學會鑄造分會消失模與V法技術(shù)委員會，2011：15-16.

Process Control of EPC Motor Shell Casting

ZHAO Qing-zhen，MI Yan-bin，LIU Cun-tao，ZHANG Jia-jun
（Hebei rui'ou EPC Technology CO.，LTD.，Ningjin Hebei 055550，China）

The production of the motor shell produced by the green sand mold process has low efficiency and large labor intensity，then the product quality is poor and the cleaning work is large.With the promotion and the wide application of EPC，the EPC was introduced to produce the motor shell.Because of the limited technology，the machined lost foam pattern has poor surface continuity，the casting surface quality is not good and has defects of slag and sand inclusion，cold shut and deformation.The quality problems were solved by strictly controlling the prefoaming of raw materials，the drying of the lost foam pattern，the pattern assembling process，the molding and the pouring.

EPC，motor shell，defect，process

TG249.9

A

1674-6694（2016）02-0019-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.02.007

2015-11-14 通訊作者：劉存濤（1987-），男，河北省南宮人，本科畢業(yè)，鑄造工程師，主要從事消失模鑄造工藝研究。