采用消失模铸造工艺生产拦焦机侧板

【摘要】拦焦机侧板的材质为高锰钢，设计要求铸件端面和螺栓通孔需进行机械加工，加工难度很大。本文从泡沫塑料模样的制作、涂料配方、涂料涂敷及干燥方法、浇注位置及浇注系统的确定、装箱振实操作步骤、浇注打箱等方面介绍了消失模铸造生产侧板的工艺方案。

  侧板是冶金设备拦焦机上的备件，为保证其在拦焦机上的装配性和互换性，设计要求铸件各端面和螺栓通孔需进行加工，其加工精度如图1所示。工作条件是承受冲击磨损，材质为高锰钢(ZGMn13)，我厂试生产侧板时采用的是砂型铸造方法，然后进行水韧处理。但在采用陶瓷刀具进行加工过程中发现，刀具磨损严重，加工成本高，且加工效率极低，因此决定采用消失模铸造工艺进行生产。

消失模铸造是一种无余量、精确成形的新工艺，该工艺无需起模，且无分型面和砂芯，因而生产出的铸件无飞边、毛刺和起模斜度，减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。消失模铸造生产的铸件，尺寸精度可达+0.25～0.3mm，表而粗糙度可达Ra=6.3～12.5μm，接近精密铸造水平。

一、拦焦机侧板的技术条件

铸件表面需比滑平整，结构尺寸为1213.5mm×340mm×(20～34)mm，重量为69kg，表而粗糙度为50um，表面及内部不得存在缩孔、缩松、夹渣、气孔和砂眼等造缺陷，力学性能Rm≥637Mpa，ReL≥343MPa，ak≥196J/cm²，硬度≥180HBW。

二、消失模铸造工艺

1.泡沫塑料模的制作

由于消失模铸造时铸件收缩阻碍小，因此线收缩率要比砂型铸造大一些，铸件收缩率取2.8％。消失模法铸造铸件的尺寸精度和表面粗糙度取决于泡沫塑料模样的质量，没自高质量的模样就不可能得到高质量的消失模铸件。我们在生产中采用密度为16～25kg/m³的泡沫塑料板，依据铸件工艺图制作样板，然后用电热丝切割器将其加工成铸件形状，雨手工磨光。

为去除水分并使模样尺寸稳定，将制做完的泡沫模样放入烘干窑内进行干燥处理，干燥温度为40～50℃，时间为6h左右。

2.涂料的涂刷及干燥

我们自行研制了水基镁砂粉涂料，即以镁砂粉作为耐火填料，以羧甲基纤维素(CMC)、乳白胶和膨润土为粘结剂。涂料的组成配比见表1。

涂料在刷涂前，必须先搅拌一下，搅拌时间为20～30min涂料涂刷两次，涂层厚度依据铸件合金种类、结构形状及尺寸大小来选定。涂层过薄，对模样的强化作用小；过厚则使透气性下降，且涂层易开裂剥落。浇注温度较高且压头较大时，宜采用较厚的涂层。

由于侧板轮廓尺寸较大、壁薄，为防止浇注时产生浇不足现象，应采用较高的浇注温度，因此要求涂刷较厚的涂层，铸件外表面涂层厚度为2.0mm，孔内涂层厚度为1.2mm，涂刷完第一遍的涂层干燥后，再涂刷一遍，然后用混有粘结剂的镁砂粉(270目)将螺栓孔堵上、捣实，在40～50℃的烘干窑内干燥。

烘干时应注意以下几点：

(1)放在特制的托架上烘干，以防止模样变形。

(2)必须烘干、烘透。

(3)干燥后的模样应放置在湿度较小的地方，以防止吸潮。

发现涂刷完涂料并已烘干后的模样有漏白或涂料层有裂纹现象时，必须补刷涂料并继续烘干，或用电热风吹干后方可装箱。

3.浇冒口系统的设计

侧板壁薄且较均匀，不易产生缩孔铸造缺陷，但易产生浇不足、变形缺陷。另外，高锰钢材质的裂纹倾向大，因此我们采用立浇方式，开设阶梯式内浇口，上下两层，并从铸件一端处开设，这样浇注后钢液由下而上逐层平稳允型，可减轻铸件局部过热，使铸件凝固时温度均匀，有利于消除裂纹及防止铸件浇注后产生变形。防止金属液进入铸型时产生冲击和喷溅现象，内浇口做成变截面喇叭式，选用∑F直：∑F横：∑F内=3：2.8：1的浇注系统，这样就保证了在整个浇注过程中铸型始终处于封闭的负压下。

在浇注过程中，由于泡沫模样裂解产生的气体、焦状体、残余渣物常浮挤至远离浇口的铸件顶端，因此在远离浇道的顶端处设置了出气、集渣冒口。

4.装箱及振实

采用筛孔直径为50/100目的干燥硅砂装箱(见图2)，在上端敞开的砂箱里，先填入100mm厚度的底砂，然后开动震实台，按X、Y方向的按钮进行振实，振实时间为40～50s左右。

刮好底砂后将模样按规定的位置摆放在底砂上并加以稳定，然后装100mm左右砂层，按X、Y轴方向按钮振实一次，再安装横浇道和直浇道。浇注系统连接处一定要去净涂料层，胶好并加铁钉固定，搭接后凡模样有漏白的地方要用涂料涂好，用电热风吹干。当砂子埋到铸件2/3高时，按X、Y、Z轴方向按钮振实，将砂子装满后，再振动一次。

最后将砂子刮平，覆盖燃料布，放上浇口杯。塑料布上覆盖20mm厚左右的=干砂，上面盖保护钢板，以免浇注时铁液飞溅，损坏塑料布，破坏真空。

5.浇注

钢液由0.5t中频感应电炉熔炼，采用转包式盛钢桶后浇注，出钢前要彻底进行烘烤。当达到规定的出钢温度(1550℃)时将钢液从炉中倒入浇包里，并镇静钢液，扒去表面浮渣，“钢液表面上撒上保温剂，浇注温度控制在1450～1490℃。

浇注前开动真空泵抽真空，将负压控制在0.06～0.09MPa范围内方可浇注，浇注时浇包必须对准浇口杯中心，然后进行浇注。另外，浇注过程中要注意挡渣。

浇注方法遵循“一慢、二快、三稳”的原则。

在浇注初期，特别是金属液刚接触泡沫塑料模样的瞬间，当直浇道没充满或刚开始浇注时金属液的静压头小于泡沫模样分解产物的气体压力时(由于模样材料气化会产生大量的气体)，若过快浇注易产生反喷现象，因此在浇注开始阶段可采取先细流慢浇的方法，待浇注系统被金属液允满后再加大浇注速度，且越快越好，但以浇口杯充满金属液而不外溢为原则。在浇注后期，当金属液到达模样顶部或冒口根部时，要略需收包，应保持金属液平稳上升，避免金属液冲出冒口。

浇注过程不可中断，必须保持连续地注入金属液，直至铸型全部充满。否则，就易造成塌箱现象。

浇注后10min将负压关闭，再过5min后打箱落砂。

三、铸件质量检验

(1)铸件外观质量　将打箱落砂冷却到室温的铸件，用清砂工具敲击，螺栓孔内残留的镁砂粉全部脱落，经检测，螺栓孔内表面光洁，铸件各部位尺寸及表面粗糙度均符合图样要求。

(2)铸件内在质量　将生产出的铸件用气割解剖，观察其各部分断面，发现均无缩孔、缩松、夹渣、气孔和砂眼等铸造缺陷，能够保证侧板的技术要求。

(3)铸件金相组织和力学性能　侧板采用1050℃(1.5h)水冷的水韧热处理工艺，经观察，铸件金相组织为奥氏体。对力学性能进行了检测，结果见表2，符合侧板的技术要求。

四、结语

(1)对于侧板类需进行机械加工的高锰钢铸件，采用消失模铸造，生产出的铸件尺寸精度和表面粗糙度均能保证其技术要求，简化了生产工序，节省了加工费用，降低了制造成本。

(2)采用消失模铸造的高锰钢铸件，水韧处理后能够保证产品的各项性能指标。