摘要：通過現場的工藝總結，詳細記錄后橋主減的消失模鑄造工藝。本論文分別從原材料的選擇、預發成型、涂料涂刷、澆注系統的設計以及埋箱澆注等幾個方面詳細闡述了整個生產工藝流程。

關鍵詞：消失模 后橋主減 工藝流程 貴州消失模模具

1 前言

近日我公司完成3000T消失模鑄造生產線的生產調試工作。該生產線主要生產后橋主減、中橋主減、過橋箱等球鐵類殼體鑄件。在雙方的通力合作下，確定了黑白黃區整套消失模鑄造的工藝流程，實現了生產線的正常運作。該生產線是我公司首條全自動分離澆注生產線，減少了設備投入，提高生產效率。全線均采用PLC自動控制，自動化程度較高。

消失模鑄造(Lost Foam Casting，簡稱LFC)是20世紀50年代末發展起來的砂型鑄造生產上革命性的新技術，被譽為“2l世紀的鑄造新技術”、“鑄造中的綠色工程”^[1,2]。采用消失模鑄造工藝，可取消砂芯、分型、合箱等工藝，減小鑄件加工余量，減輕毛培質量，降低表面粗糙度。消失模鑄造的工藝流程如圖1。該現場主要產品為重汽上后橋主減速殼、中橋主減速殼以及過橋箱三種，均為球鐵鑄件。現主要介紹后橋主減速殼的消失模鑄造工藝流程。

2  鑄件結構分析

后橋主減速器殼是汽車上的重要部件，裝配精度高，要求加工精度高，且加工面較多，最大加工量在1~2mm。該鑄件單件重量約為20kg，輪廓尺寸為400*380*160mm。鑄件的壁厚不均勻，最薄處壁厚只有6mm。內腔結構較復雜，油道口較小，注意防止鐵包砂的產生，同時鑄件四個軸承角座處厚度較大，是熱節處，易產生縮孔縮松。

3  工藝流程

3.1  白區

（1）預發

使用間歇性半自動蒸汽預發機，發泡原料為共聚料（凱斯特STMMA-3A），預發后珠粒密度22~23g/L，預發后烘干熟化至少5h后使用。

（2）成型

使用單絲杠半自動成型機，運行平穩。外界條件設定：蒸汽壓0.4~0.6MPa，水壓0.3~0.4 MPa，氣壓0.6~0.8 MPa，手動沖料。調整設置好運行參數，注意防止白模變形。

（3）白模

將采用貴州消失模模具廠生產的合格的白模放入烘干房內進行烘干。烘干房采用溫濕度自動控制，蒸汽主烘干為主，電加熱輔助。烘干房溫度設置為45℃，濕度設置為16以下。白模放入烘干房內烘干2~3天，以稱量白模重量不變為準，方可進入涂刷環節。

（4）粘接、組型

1）打磨模型外表飛邊毛刺，用紙膠帶、雙面膠、修補膏修補凹坑、破壞損壞等缺陷；均勻涂刷冷膠，將白模各分片粘接在一起，粘接縫隙較大的用雙面膠封嚴。

2）澆注系統設置

按水力學計算公式計算。水力學計算公式如下：

式中  ∑F_內—內澆道總的截面積，單位cm² ；

   G—流經內澆道的金屬液的總重量，單位kg，包括鑄件重和澆注系統重；

   μ—流量系數，其值可在參考書目查詢，修正值也需查詢，一般取0.30~0.40；

H_p—壓頭高度，根據模型在砂型中的位置確定；

   τ—充滿型腔的總時間，單位s，其值可按下式確定。

為保證金屬液不斷流和具有一定的充型速度，選用封閉式澆注系統，底注式澆注方式，各澆道的比例選為：∑F_內：∑F_橫：∑F_直=1：1.2：1.4。

現根據理論法計算澆注系統各澆道的截面積，澆道具體尺寸形狀根據普通砂型鑄造選取。根據鑄件的形狀，設計兩個內澆道，由水力學計算公式式中：G=50kg, μ=0.35, H_p=600mm。消失模鑄造中澆注系統一般通過手工切割苯板獲得，考慮到切割方便以及與其他鑄造類型相比，消失模鑄造冷卻速度更快，澆注系統一般要大些。參考計算結果以及實際經驗，內澆道橫截面尺寸為8×40mm，直澆道為40×20mm，直澆道為40×40mm。

消失模鑄造造型時，澆注位置設計應盡量遵循以下幾個原則^[17]：

a. 盡量立澆、斜澆。避免大平面向上，保證金屬有一定上升速度。

b. 澆注位置應使金屬與模樣熱解速度相同，防止澆注速度慢或出現斷流現象，引起塌箱紊流缺陷。

c. 模樣在砂箱中的位置應有利于干砂充填，盡量避免水平面和水平向下的盲孔。

d. 重要加工面處在下面或側面，頂面最好是非加工面。

e. 澆注位置還應有利于多層鑄件的排列，在涂料和干砂充填緊實的過程方便支撐和搬運，使模樣某些部位可能加固，防止變形。

3.2  黃區

（1）涂料按照規定配比進行攪拌。涂刷采用浸涂方式，因此攪拌40min，波美度達到1.6左右即可。

（2）對組好的白模分3次進行涂刷，以便每層涂料徹底干透。烘干房溫度設置在50℃，濕度設置為16以下。前兩遍各紅烘干1天，第三遍烘干一天后，對露白處進行補涂，澆口及進水口處加厚涂刷。三遍后白模涂料厚度達到1.5mm，澆口及進水口處達到2~3mm。

（3）白模浸涂后，需靜置1min待表面涂料均勻后，再調整放置位置放入烘干房內進行烘干，防止白模有涂料堆積。

3.3  黑區

（1）金屬熔煉

鑄件材質要求為球鐵450-10，國標牌號化學成分要求控制范圍。

廠家熔煉控制：（2.5T爐，半小時出1T鐵水進行球化）

①原材料以鐵屑為主，加少量鋼筋和回爐料，出爐前加7.5kg硅鐵，爐前采用鐵水碳硅分析儀測量出爐前的鐵水成分，碳硅的化學成分控制：C3.6~3.7，Si2.6~2.7。

②出爐球化溫度1540~1560℃，溫度太高會影響鐵水的球化效果。采用喂絲法球化，球化鋼絲型號如下圖6。1T鐵水使用42m球化鋼絲，球化時間約3min。球化完成后用“三角法”檢驗球化效果。 

（2）埋箱造型

該生產線設有自動預埋底砂工位，到埋箱工位時，底砂已到位震實。擺放模型時，須注意擺放位置（如下圖7所示）。由于主減殼有油道結構，埋至此位置時可用手檢查是否留有死角，若砂子未填實，澆注后會造成鐵包砂。放砂分2~3次，每次震動40s左右，逐層震實以增加震實效果。澆口應高出砂面一定距離，防止澆注時鐵水將周圍沙子卷入引起缺陷，同時面砂也應有一定的厚度，以防澆注時燙壞塑料薄膜。集渣冒口注意扎眼以增加排氣效果。

該生產線為兩工位自動分離澆注線，為滿足廠家生產要求，一箱澆4簇，近200kg，每小時8箱。

埋箱造型時特別注意澆口處的處理，對于澆注時負壓的保持及防沖砂有很大的關系。一般采用如下幾種方式：

①直澆道上套陶瓷環，安裝陶瓷澆口杯。

② 制作樹脂澆口杯，在直澆道口上用密封泥與樹脂澆口杯連接。

③手工切割或機打泡沫澆口杯，在澆口杯處刷2~3mm涂料，外用石棉布包裹。

④在泡沫澆口杯外用水玻璃砂等圍起。

（3）鐵液澆注

鐵水澆注前做好除渣工作，澆注溫度一般在1480℃左右。澆注前將負壓系統打開，負壓度控制在0.045~0.05。因一次澆包澆注4箱，16個澆注口，澆注口較多，如一次澆注時負壓太小，注意調節控制各箱負壓度。鐵水包鐵水澆完后，將所有砂箱蝶閥全部打開，負壓調至0.015~0.02保壓15分鐘。

澆注時，注意澆注速度控制，一般節奏：慢—快—慢。在鐵水不反噴的情況下，盡量加快澆注速度，盡量控制在控制在20秒內。為保證球化效果，澆注隨鐵液放入10~20g孕育劑經行二次孕育。保壓完成后，砂箱運轉系統自動運轉1h后有自動翻箱機翻出，送到清理工位經行鑄件清理。

4  結論

通過現場的多次試澆注，確定的上述工藝流程基本滿足澆注出的合格的鑄件產品，且能保證較高的正品率。但澆注的結果也會出現諸如氣孔、冷隔等鑄造缺陷。出現氣孔其主要原因在于白模密度、烘干程度以及負壓的保持。對于冷隔，由于球化溫度與澆注溫度存在一定的沖突，為平衡這一點，還需做進一步的改進，必要時需整個澆注作業節拍做出調整。

消失模鑄造的整套工藝流程較其他普通鑄造方式，各個環節可謂環環相扣，哪一個環節稍有紕漏，鑄件澆注就會出現問題。因此一個可行的工藝流程必須靠一個穩定負責的管理團隊去執行操作。

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