灰鑄鐵飛輪件縮陷缺陷分析及對(duì)策

楊晶

摘 要：隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)鑄鐵件的質(zhì)量要求越發(fā)嚴(yán)格，在鑄鐵件生產(chǎn)的過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變形、夾渣、鐵包砂等缺陷，由于鑄件結(jié)構(gòu)不盡相同，缺陷發(fā)生的位置、類型、大小等也不同，鑄鐵件縮陷缺陷的預(yù)防與改進(jìn)已經(jīng)成為鑄造工藝的永恒課題。基于此，該文將從變形、夾渣、鐵包砂3個(gè)缺陷角度著手，對(duì)缺陷問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并有針對(duì)性地提出防控措施，極大地提高了該鑄件的合格率。

關(guān)鍵詞：灰鑄鐵飛輪件；縮陷缺陷；控制措施

中圖分類號(hào)：TG245 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在現(xiàn)代化工業(yè)不斷發(fā)展的背景下，鑄件的類型由簡(jiǎn)單變?yōu)閺?fù)雜，材料種類也越來越多。對(duì)于合格的鑄件來說，應(yīng)該通過多道工序的打磨與人員的緊密配合才能夠獲得。在鑄件生產(chǎn)過程中，由于受多種因素影響，很容易出現(xiàn)變形、夾渣、鐵包砂等缺陷，需要對(duì)缺陷問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并對(duì)工藝進(jìn)行不斷地優(yōu)化和改進(jìn)，使產(chǎn)品的合格率與成品率得到顯著提升。

1 灰鑄鐵飛輪件縮陷缺陷產(chǎn)生的原因

1.1 變形缺陷

飛輪鑄件一般壁厚較薄，內(nèi)腔較大，鑄件結(jié)構(gòu)不連續(xù)，在成型、干燥、組裝過程中很容易出現(xiàn)變形缺陷，通常變形量在3 mm～8 mm，多體現(xiàn)在窗口橢圓處。在生產(chǎn)過程中，由于變形缺陷而產(chǎn)生的廢品率高達(dá)35 %。導(dǎo)致變形缺陷的原因眾多，象成形、干燥、組裝過程中操作方式不當(dāng)、控制不到位、裝箱中型砂在不同方向?yàn)榕菽Ｊ┘訅毫Σ煌龋紩?huì)導(dǎo)致飛輪鑄件出現(xiàn)變形。因此，需要在泡沫膜出模時(shí)對(duì)操作方式、擺放形式等進(jìn)行嚴(yán)格要求，以此來降低變形缺陷的發(fā)生概率。

1.2 夾渣缺陷

該缺陷主要體現(xiàn)在飛輪鑄件的生產(chǎn)初期，由此產(chǎn)生的廢品率達(dá)到45 %，導(dǎo)致夾渣缺陷產(chǎn)生的主要原因有2種，一是澆筑時(shí)模型中存在大量固相、液相產(chǎn)物，當(dāng)二者無法及時(shí)排出而殘留在鑄件當(dāng)中時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)夾渣缺陷，且固液產(chǎn)物的數(shù)量越多產(chǎn)生的缺陷便會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重；二是澆筑時(shí)鐵液滲透到模型當(dāng)中，使涂料與金屬液相融合，在鑄件中鑄件凝固產(chǎn)生夾渣缺陷。該缺陷的具體表現(xiàn)方式為黑色塊，在鑄件的表面與內(nèi)部不規(guī)則地分布。

1.3 鐵包砂缺陷

在造型的過程中，中型砂由于受到體積影響一般不會(huì)停留在死角區(qū)域，從而降低了型砂的緊密度。在失去充足型砂支撐的情況下，涂層很容易在高溫度的大量鐵液沖刷之下沖破涂層，從而出現(xiàn)滲鐵等缺陷，被稱為鐵包砂缺陷。

2 灰鑄鐵飛輪件縮陷缺陷的控制與消除措施

2.1 變形缺陷的防控

從上文能夠看出，飛輪鑄件對(duì)泡沫膜發(fā)泡的密度與粒度質(zhì)量控制十分嚴(yán)格，應(yīng)采用強(qiáng)度較高、密度較低的發(fā)泡珠粒促使其成形。對(duì)涂料的配制方式進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使涂料的抗變形能力與附著能力得到顯著提升，進(jìn)而提高泡沫模型的整體強(qiáng)度。將支撐筋加入到模型的殼體上口，借助支撐筋的力量使浸涂、涂料、型砂之間對(duì)模型產(chǎn)生強(qiáng)大的作用力，有效避免鑄件出現(xiàn)變形情況。通過上述措施的應(yīng)用，能夠使變形缺陷得到有效地控制并消除，使因此類缺陷產(chǎn)生的廢品率降低3 %左右。

2.2 夾渣缺陷的防控

對(duì)于夾渣缺陷問題，可以采用較高強(qiáng)度、較低密度的泡沫模型、補(bǔ)縮系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，并利用科學(xué)有效的澆注方式，適當(dāng)提高澆注溫度，使涂層更加透氣，避免涂料與泡沫模型相互接觸等方式進(jìn)行有效防控。但是，在負(fù)壓增加、涂層透氣性提高以后，很可能會(huì)出現(xiàn)滲鐵、粘砂等情況，對(duì)此可通過加強(qiáng)泡沫模型密度控制、優(yōu)化補(bǔ)縮系統(tǒng)等方式，使夾渣缺陷得到真正地預(yù)防與消除。

2.2.1 合理選擇泡沫模型

在泡沫模型的選擇上應(yīng)明確一點(diǎn)，模型密度與產(chǎn)生的固、液相產(chǎn)物之間成正比例關(guān)系，且模型密度與珠粒密度息息相關(guān)。選擇密度較低的模型，所產(chǎn)生的固、液相產(chǎn)物的數(shù)量也隨之降低。對(duì)于飛輪鑄件來說，其壁厚較薄，一般在6 mm左右，如若預(yù)發(fā)泡珠粒密度過小，則會(huì)對(duì)模型的表面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，涂料與模型的接觸概率也將隨之提高，從而加大了出現(xiàn)夾渣缺陷的概率。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，選擇了3種預(yù)發(fā)泡珠粒，密度分別為24 g/L～26 g/L、26 g/L～28 g/L、28 g/L～30 g/L，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中能夠看出，第2種密度也就是珠粒密度為26 g/L～28 g/L的情況時(shí)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)相對(duì)為最佳狀態(tài)，且鑄件的廢品率與被降低到5 %。

2.2.2 優(yōu)化澆注系統(tǒng)

在模型鑄造過程中，澆注系統(tǒng)是其中重要的工具之一，在初步確定系統(tǒng)中各部分的截面大小以后，通過優(yōu)化工藝技術(shù)的方式使其變得更加合理?，F(xiàn)階段，大部分澆注系統(tǒng)所使用的材料為EPS泡沫板材，在手工切割后粘接起來，此種方式在使用中存在較大的不便，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是利用電阻絲對(duì)泡沫板材進(jìn)行切割，切割面摩擦力較大，預(yù)發(fā)泡的密度較小，一般在18 g/L左右，在成型過程中珠粒的間隙較大，容易使涂料滲入其中；二是澆筑系統(tǒng)中心為正方體，棱角分明，在澆筑鐵液的過程中受沖刷作用影響，使高溫鐵液無法直接與底部相接觸，且鐵液降溫較大，在起初開始澆筑時(shí)很容易出現(xiàn)反噴情況。

通過上述分析，可以采用以下措施進(jìn)行解決。首先，對(duì)澆道的形狀進(jìn)行改變，打破以往垂直形式，改成中空?qǐng)A柱形，并設(shè)置相應(yīng)的模具，利用成形機(jī)成形。這樣做的好處在于：圓形表面積較小且光滑，能夠有效防止出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象，同時(shí)在剛開始澆筑時(shí)，能夠使鐵液直接與底部接觸，減少鐵液溫度的損耗。在澆筑系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，完成泡沫模型的制作，通過調(diào)整預(yù)發(fā)泡密度的方式對(duì)表面的粗糙度進(jìn)行有效掌控。為了確保鐵液溫度不變，降低鐵液對(duì)涂層產(chǎn)生的沖刷力，可根據(jù)消失膜鑄造理論，在澆筑時(shí)借助高溫鐵液將EPS泡沫氣化處理，以此來減少對(duì)鐵液溫度造成的損失。另外，在確保強(qiáng)度不變的基礎(chǔ)上，盡可能地減少EPS泡沫的使用量。

2.3 鐵包砂缺陷的防控

在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)振動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整，利用三維振實(shí)臺(tái)，將加速度控制在1 g～2 g，對(duì)于不同鑄件來說，可以對(duì)振實(shí)時(shí)間與頻率進(jìn)行調(diào)整，如若振實(shí)的時(shí)間不足、頻率較低，則會(huì)影響最終的振實(shí)效果；如若振實(shí)時(shí)間較長(zhǎng)、頻率較高，則會(huì)使型砂自身變得松散。通過大量實(shí)驗(yàn)研究能夠得出，最佳振實(shí)時(shí)間為20 s，頻率在45 Hz～50 Hz，振幅為1 mm～1.5 mm，操作方式為首先將底砂加入其中，振實(shí)以后再埋砂，分兩次對(duì)泡沫模樣填砂。對(duì)于不易進(jìn)砂之處，可加入人工力量作為輔助，將型砂填滿、振實(shí)，確保每個(gè)死角位置都能夠有充足的砂。另外，也可以采用樹脂砂預(yù)埋填實(shí)法，使泡沫模型中不易進(jìn)砂的位置變得更加緊實(shí)。在第一次填砂時(shí)，應(yīng)保持砂的高度與箱體持平，在第二次填砂時(shí)，要起到覆砂的作用，確保充足的吃砂量，采用此種方式能夠使鐵包砂缺陷問題得到有效的解決，目前在飛輪鑄件生產(chǎn)過程中，由于該缺陷導(dǎo)致的廢品率已經(jīng)被控制在1 %～2 %。

3 結(jié)論

綜上所述，通過本文的研究能夠得出，在鑄造工業(yè)中對(duì)飛輪鑄件進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，由于其壁厚較薄、內(nèi)腔較大，一旦在操作中方式不當(dāng)很可能出現(xiàn)夾渣、變形、鐵包砂等缺陷問題。通過許多研究證明，采用支撐筋的方式能夠有效克服變形缺陷；采用密度在26 g/L～28 g/L的預(yù)發(fā)泡，在澆筑中將直澆道轉(zhuǎn)變?yōu)閳A柱形澆道，使鐵液的溫度損耗降到最低，使夾渣問題得到有效緩解；對(duì)于鐵包砂缺陷，通過調(diào)整振實(shí)參數(shù)、人工輔助埋砂等方式能夠使模樣中各個(gè)角落都得到充足的砂，從而使鐵包砂缺陷得到良好的彌補(bǔ)和解決，鑄件的合理率與成品率得到顯著提升。

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