2901-3過濾器殼體的工藝改進

朱宏學，陳進軍，黃　斌

(大冶有色機電設(shè)備修造有限公司，湖北黃石 435000)

2901－3過濾器殼體是大冶有色金屬集團冶煉廠所使用設(shè)備上的一個重要鑄件，由筆者所在公司生產(chǎn)。圖紙要求鑄件在法蘭端面加工后于交付前必須用端蓋封閉兩端法蘭通過高壓水密試驗：10個標準大氣壓，高壓持續(xù)10分鐘。公司鑄造車間前期造型工藝采用的是過濾器殼體橫臥的澆注位置，生產(chǎn)的該型3個過濾器殼體不能達到技術(shù)要求，甚至在達到10個標準大氣壓前的升壓階段就開始滲漏。這樣鑄件沒法達到交貨標準，如不及時解決將嚴重影響交貨期的執(zhí)行。

經(jīng)過與相關(guān)技術(shù)人員商討，確定將過濾器殼體工藝改為豎立澆注位置、全刮板車板造型制芯、階梯澆注的方式，取得了預(yù)期的良好效果。

圖1　鑄件輪廓圖

1　技術(shù)要求

鑄件的輪廓圖如圖1所示，主要技術(shù)要求如下：

（1）HT200材質(zhì)，鑄件凈重490kg，壁厚在20mm（殼體）～30mm（法蘭）之間；

（2）鑄件不得有裂紋、氣孔、縮孔、夾渣、砂眼等影響質(zhì)量及使用性能的缺陷；

（3）不加工表面尺寸精度按ZBT04006；

（4）將鑄件緩慢加熱到500～550℃保溫3小時，隨爐緩冷至150～200℃出爐空冷，進行消除內(nèi)應(yīng)力退火[1]；

（5）鑄件法蘭端面加工后必須通過10個標準大氣壓、持續(xù)10分鐘的高壓水密試驗。

2　工藝方案及參數(shù)

原定鑄型圖如圖2所示。外型采用實樣造型，砂芯采用板式半刮，兩端法蘭加工余量各10mm，法蘭背面工藝補正量各2mm，鑄件重量約530kg，工藝出品率85%。

圖2　原來的鑄型示意圖

熔煉爐采用3T熱風沖天爐；1420～1450℃出鐵、鎮(zhèn)溫，澆注溫度 1320～1350℃。

圖3　滲漏部位相對位置圖

3　檢測結(jié)果

3.1　主要問題

首件在加壓到6個標準大氣壓時在殼體最大直徑?600mm的某些部位已經(jīng)開始潮濕，隨著壓力向10個標準大氣壓增加，這些地方出現(xiàn)水滴直至發(fā)生噴射泄壓停機。

第二件加壓到10個標準大氣壓持續(xù)5分鐘時開始在最大直徑?600mm的某些部位出現(xiàn)潮濕，接著這些地方出現(xiàn)水滴，達到8分鐘發(fā)生噴射而泄壓停機。

第三件加壓到10個標準大氣壓持續(xù)7分鐘時開始在最大直徑?600mm的某些部位出現(xiàn)潮濕，接著這些地方出現(xiàn)水滴，達到9分鐘發(fā)生噴射而泄壓停機。

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，上述三件發(fā)生滲（泄）漏的部位均發(fā)生在澆注位置最大直徑?600mm的上部，呈點線條狀分布，如圖3中A所指示區(qū)域。

尺寸檢測顯示澆注位置最大直徑?600mm的上部壁厚在18mm～20mm，最薄處15mm；對應(yīng)下部壁厚20mm～22mm，最厚處25mm。

其余各項檢測指標均合格。

4　問題分析

筆者接到改進任務(wù)后，主要圍繞解決高壓滲（泄）漏，兼顧均勻壁厚進行了細致分析。

（1）按照圖2殼體橫臥澆注位置方案，鐵水充型過程?600mm的上部無疑是最后充型的部位，雖然此處設(shè)置有數(shù)個出氣口，但不足以排除澆注帶入和產(chǎn)生的渣氣，以及砂芯在澆注過程產(chǎn)生的未通過砂芯兩端出氣孔排出的氣體。

繼續(xù)按照殼體橫臥澆注位置在頂部開設(shè)數(shù)個排氣集渣冒口，澆注系統(tǒng)為分型面中注，鐵水將經(jīng)過中薄壁再進入冒口，不符合有利于除氣排渣的順序凝固，而且冒口根部容易產(chǎn)生熱節(jié)疏松，去除冒口可能導(dǎo)致鑄件掉肉，對打磨質(zhì)量也有較高要求。所以設(shè)置排氣集渣冒口不合適。

（2）壁厚懸殊雖然在允許范圍內(nèi)，但如果繼續(xù)按照橫臥澆注位置，這無疑會加劇滲（泄）漏。

模型尺寸和造型中檢記錄均為合格，產(chǎn)生前敘尺寸差異應(yīng)為砂芯在澆注過程中有一定程度上浮和向上撓曲變形。將現(xiàn)有芯頭間隙2mm去掉會增加合箱過程壓潰砂型的風險，而且對減小壁厚差意義不大；增長定位芯頭的長度受到砂箱尺寸的制約；在半實半刮的實樣芯盒部分做出反變形量，但不規(guī)則的變形量和需要得到光滑均勻的內(nèi)表面，對模型制作修改要求過高。

（3）分析整個鑄件結(jié)構(gòu)，確認兩端法蘭為次要部位，而非加工的殼體回轉(zhuǎn)面是重要工作部位。這與常規(guī)的加工面通常比較重要有區(qū)別。

5　方案改進

從以上分析得出在殼體橫臥澆注位置的前提下，要解決上部渣氣孔的問題以及頂部(偏薄)與底部(偏厚)壁厚懸殊問題存在很大困難，必須另辟蹊徑。

（1）考慮將澆注位置改為圖4所示的殼體豎立澆注方式，這樣就將重要的殼體壁作為主要工作面放在了側(cè)面[2]，配合澆注系統(tǒng)形成由下至上的順序凝固有利于渣氣的上浮去除。

（2）砂型采用兩塊刮板制作，采取車板制作臺芯，轉(zhuǎn)軸取出后作為砂芯排氣孔，合箱過程中在圓周每120°（共三處）調(diào)整徑向壁厚，控制在（20±1）mm；改原來的中注式澆注系統(tǒng)為底-中-上三級階梯澆注系統(tǒng)；在?500mm法蘭邊沿等距離設(shè)置3個排氣集渣壓邊冒口。

（3）鑄件出品率83%，其余工藝參數(shù)不變。

圖4　改進后的鑄型示意圖

6　方案驗證

按照改進方案試制了一件，鑄件毛坯和加工件均通過各項檢測，隨后又連續(xù)生產(chǎn)了三件均合格。其中：在高壓密封試驗中，升壓和保壓規(guī)定的壓強和時間范圍內(nèi)，?600mm圓周均未出現(xiàn)潮濕、水滴和噴射現(xiàn)象；抽檢?600mm各處壁厚，均在（20±1）mm范圍內(nèi)；?500mm、?800mm法蘭端面加工后均無渣眼氣孔。

7　結(jié)論

（1）對于帶法蘭的管套類鑄件，圖2所示澆注位置是砂型鑄造最常見的形式，但它主要適合套壁沒有特殊要求的情況，這時候法蘭的（加工）質(zhì)量應(yīng)首要考慮；對于有特殊要求（例如：高壓水密試驗），特別是變徑管套的最大管徑處于中間位置，這時候管套壁就成為主要工作面，它的質(zhì)量必須首先解決再兼顧法蘭，采用圖4所示澆注位置更加適宜[2]。

（2）對于管徑較小和長徑比較大管套類鑄件，砂型鑄造通常采用圖2所示澆注位置，而對于管徑較大和長徑比較小的管套類鑄件采用圖4所示澆注位置可以方便造型制芯、減少鑄件壁厚變動和提高鑄件內(nèi)在致密性。

參考文獻：

[1] 崔忠圻.金屬學與熱處理 [M].北京:機械工業(yè)出版社，1988:395-396.