熔模鑄造加壓真空吸鑄工藝的實(shí)例
目前國(guó)內(nèi)許多精鑄廠普遍存在精鑄件一次成品合格率不高、產(chǎn)品檔次低和附加值低的現(xiàn)狀。縮孔、澆不足、疏松是熔模鑄造常見(jiàn)的鑄造缺陷，采用加壓真空吸鑄工藝澆注導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪，能消除上述缺陷。采用該工藝生產(chǎn)薄壁件、復(fù)雜件和大型精密件的效果也十分顯著,具有充型能力強(qiáng)、鋁合金鑄件的密度高、金相組織細(xì)小、均勻,力學(xué)性能大大提高。精鑄企業(yè)要做大做強(qiáng)，除了著力提高工藝過(guò)程水平外，同時(shí),必須走工藝創(chuàng)新、裝備改進(jìn)的發(fā)展道路。
一、鑄件結(jié)構(gòu)分析
某導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪的結(jié)構(gòu)形狀見(jiàn)圖1 ,其主體分別由內(nèi)、外兩個(gè)圓柱體組成,兩個(gè)圓柱的壁厚相差不大。圓柱內(nèi)有兩圈葉輪,小圓柱內(nèi)均布16 條葉片,大圓柱內(nèi)均布22 條葉片, 葉片形狀呈曲面, 葉片厚度為1. 2mm ,葉片的薄截面要求的尺寸精度高,葉面粗糙度Ra≤3. 2 μm ,葉輪高度尺寸為164 mm ,大圓外徑為350mm ,鑄件單件質(zhì)量為9kg 。
葉輪材料為A356 鋁合金,鑄件的技術(shù)要求除無(wú)鑄造缺陷外，葉片不允許焊補(bǔ),每片葉片需100 %經(jīng)過(guò)熒光探傷。該葉輪鑄造的最大難點(diǎn)是壁厚不均勻,葉片特別薄,葉片呈隔層分布,數(shù)量又多,在完整充型上面臨困難。若采用離心澆注,由于葉片曲面的旋角方向不一致,難以實(shí)施。常規(guī)的重力澆注根本無(wú)法保證品質(zhì)要求,廢品率相當(dāng)高。分析論證認(rèn)為,必須采用加壓吸鑄澆注工藝才能滿足產(chǎn)品的要求。
二、組樹及澆棒
葉輪的蠟?zāi)２捎玫蜏啬Ａ现颇?組樹方案見(jiàn)圖2 。葉輪的上部和底部采用“十字型”橫澆道,橫澆道與吸鑄棒相連。葉輪的內(nèi)腔有4 根豎立的直澆道,直澆道的一端連接內(nèi)腔的直徑為202 mm 的圓柱平面,另一端連接到上部橫澆道上。在葉輪內(nèi)腔下部中央,有一段82 mm 高,直徑為50 mm 的錐形圓柱實(shí)體,豎立的直澆道與該錐形圓柱實(shí)體平面連接,直澆道(即吸鑄棒) 的另一端與上部的橫澆道相連。吸鑄棒在中心位置“, 十字型”橫澆道與它相連成一體,整個(gè)模組具有良好的剛性。真空吸鑄工藝所用的吸鑄專用澆棒(即熔模鑄造常用的澆口棒) ,其特點(diǎn)是兩端有兩個(gè)澆杯、兩支木柄,澆棒的中間呈正方形或圓形。導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪在組樹前,將吸鑄澆棒截成兩段,分別焊接在實(shí)體錐形圓柱的上、下部。
三、制殼及焙燒
制殼采用常規(guī)的全硅溶膠結(jié)殼工藝,用鋯英粉、鋯英砂涂制雙面層,第3 層開始用莫來(lái)粉、莫來(lái)砂涂制。此件通常涂制6 層半型殼強(qiáng)度就夠了,但是采用加壓真空吸鑄工藝,其涂層為8 層半。型殼焙燒溫度為1 030 ℃,保溫時(shí)間≥30 min ,然后轉(zhuǎn)移至保溫爐,保溫溫度為540～570 ℃,供連續(xù)吸鑄用。
四、吸鑄及加壓
1、加壓真空吸鑄爐結(jié)構(gòu)
加壓真空吸鑄爐分為上、下兩部分,爐蓋板以下屬于加壓真空吸鑄爐的下部(即熔池部份) ,上部為加壓真空吸鑄爐爐體[1 ] 。
鋁合金的熔煉、變質(zhì)、精煉、調(diào)整元素成分、金屬液的保溫都在下部爐體中完成,待純凈的鋁合金液制備好后,將爐蓋板蓋在熔池上,把經(jīng)過(guò)焙燒和保溫的模殼放置好,然后,將加壓真空吸鑄爐爐體與爐蓋板對(duì)接密閉合上,這時(shí),加壓吸鑄前的準(zhǔn)備工作結(jié)束。
2、加壓真空吸鑄工藝參數(shù)
一次吸鑄一組導(dǎo)葉輪模殼; 鋁合金液澆注溫度為700～730 ℃;型殼澆注溫度為530～570 ℃;工作真空度為0. 133 Pa ; 抽真空時(shí)間為20～25 s ; 吸鑄壓力為0. 15 MPa ;吸鑄時(shí)間為60 s ;吸鑄完畢立即加壓,加壓力為0. 5 MPa ;加壓時(shí)間為8 min ;最大壁厚的凝固時(shí)間為100～110 s ;最小壁厚的凝固時(shí)間為30 s ;全部凝固時(shí)間為120～150 s。
五、鑄件及設(shè)備
采用熔模鑄造工藝制殼、加壓真空吸鑄的工藝鑄出鋁合金導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪,通過(guò)了質(zhì)量驗(yàn)收,并已穩(wěn)定地投入批量生產(chǎn)(見(jiàn)圖3) ,鑄件一次成品合格率達(dá)95 %以上。加壓真空吸鑄爐是自行設(shè)計(jì)的自制設(shè)備,造價(jià)低,使用和維護(hù)方便,圖4 是適合生產(chǎn)中、小件的分別為六支、4 支吸鑄管的爐體蓋板,金屬利用率高,生產(chǎn)效率高,一次能吸鑄多件產(chǎn)品。
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