机床床身导轨气孔缺陷的防止.pdf

铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第9期 热加工117机床床身导轨气孔缺陷的防止刘智峰天水星火机床有限责任公司 甘肃天水 741024摘要：针对一种机床床身导轨易产生气孔、渣气孔及冷豆等问题，对原工艺进行改进，包括浇注系统、两端浇注时间间隔以及铁液处理等进行分析和改进。改进后的工艺方案，有效地防止了床身导轨气孔、渣气孔及冷豆等缺陷，降低了铸件补救成本和废品率，不仅提高了效益，而且还保证了产品质量的稳定。关键词：皮下气孔；渣气孔；多浇口浇注；机床床身导轨1 序言目前，我公司生产的一种机床床身，其导轨易产生气孔、渣气孔及冷豆等缺陷，缺陷率高达80%以上。该床身属于中等壁厚铸件，大部分壁厚45mm，重要部位壁厚80mm，材质HT250，毛坯重16800kg，床身零件结构和轮廓尺寸如图1所示。技术要求铸件不得有疏松、缩孔、夹杂及气孔等铸造缺陷，床身导轨面不允许有任何缺陷。床身导轨主要缺陷是孔洞类缺陷，即气孔、渣气孔和冷豆等。缺陷主要位置集中在床身导轨远离主浇口且在总长的1/23/4处，两侧凸出部位（内外下滑立面）和导轨面上，且宽导轨侧尤为严重。这些缺陷基本都是铸件机械加工后成串、成簇出现，直径一般为13mm的小气孔，大多呈球形、泪滴形，孔壁光滑、发亮并覆盖着一层石墨膜，为皮下气孔1。熔炼时溶解于金属液中的气体为金属液的一次吸气。金属液充填铸型和充填完毕，从铸表1 压铸工艺参数主要工艺参数低速速度/（m/s）高速速度/（m/s）高度切换点/mm起皮对应位置温度/改善前0.253.3460182改善后0.323.6390236表2 改善前后起皮缺陷比例工艺生产数量/件起皮缺陷数量/件 缺陷比例（%）改善前136235425.9改善后3300230.7a）改善前 b）改善后图2 工艺改善前后铸件实体6 结束语 从以上分析及实践可看出，影响压铸件起皮缺陷的因素复杂多样，生产实践中可通过起皮位置分布、形状、大小等表观现象判定主要影响因素，通过铸件结构优化、提升浇注温度与模具温度、合理控制高低速切换位置、增加网格筋，以及被覆模具等措施来寻求解决方法，减少因起皮缺陷而引起的废品数量。参考文献：1 卢宏远.压铸技术与生产M.北京：机械工业出版社，2008.2 杨裕国.铝压铸成型及质量控制M.北京：化学工业出版社，2009.3 郑金星，王成勇，刘全坤，等.镁合金汽车减震器支撑件压缺陷预测研究J.合肥工业大学学报，2010，33（10）：1476-1480.20230520铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第9期 热加工118型所吸收的气体为二次吸气。二次吸气后在远离浇注系统的壁薄处或凝固速度快的部分截面上或冷流头汇集处，弥散地分布的皮下气孔，称之为“冷截面二次吸气皮下气孔”。有一部分气孔形状不规则，孔壁上附有渣粒，因固态或液态渣滓（非金属夹杂物）随铁液进入型腔，上浮停留在水平砂芯的下表面处，在铸件凝固时，渣滓同金属液中合金元素发生化学反应，产生气体，结果在铸件表皮下产生包容着渣滓的、成簇的气孔，这种气孔称为渣致皮下气孔。浇注铁液飞溅，产生金属液珠表面氧化，存在氧化膜，型腔内充型铁液流头温度低，不能将有氧化膜的液珠重新熔合，氧化膜发气形成包围着金属珠粒的气孔，称为冷豆。多层氧化膜的折叠易产生气孔和夹杂2。综上所述，下面就从消除冷截面二次吸气皮下气孔，降低铁液中渣滓量、提高纯净度和细化两端浇注过程工艺三方面及相关影响因素入手，并结合公司现状分析和改进原有工艺。2 原工艺存在问题分析2.1 浇注系统及充型流量分析床身属于长条类铸件，导轨长度长，且两条导轨截面大小不一，主浇口横浇道、内浇道采用对a）三维结构b）侧视图图1床身零件结构和轮廓尺寸称分布，两条导轨充型速度不一致，大导轨流量偏小，铁液流头向前推进速度慢，温度下降较快。流程长，流头前金属液珠氧化严重，重熔性差，易形成冷豆缺陷。氧化膜的折叠给气孔和夹杂提供了温床。铁液在型腔内充型流动距离过长，流动过程中不断二次吸气，导致远离内浇道或在铸件薄（冷）截面或冷流头汇集处，易形成冷皮下气孔。2.2 铁液渣滓量分析原工艺铁液出炉孕育处理后，扒渣一次后覆盖保温剂，开始浇注。没有静置反渣；没有聚渣净化等辅助材料加入；没有多次扒渣。这样虽然铁液温度高、渣滓上浮阻力小，但铁液中渣滓、有害气体等含量较高，并且上浮时间不足，铁液纯净度低，因此产生渣气孔的概率高。2.3 浇注过程工艺分析原铸造工艺（见图2）是地坑组芯两端浇注，主浇口一端用两道瓷管完全底注式，副浇口采用两层阶梯式浇注。主浇口浇入部分铁液后副浇口开始浇注，主副浇口开始浇注时间间隔没有具体的要求，时间间隔偏短。两条导轨没有完全充满或小导轨充满而大导轨没有充满，副浇口进入铁液，副浇口下层内浇道距导轨面有近400mm的距离，这样易产生飞溅且两头铁液流头对流产生紊流，形成卷气、卷渣、冷豆及氧化膜折叠等铸造缺陷。3 工艺改进措施3.1 浇注系统及充型流量改进继续采用两端浇注，主浇口采用三道瓷管内浇道，窄导轨使用一道50mm瓷管，宽导轨使用一道45mm和一道40mm两道瓷管，根据大孔出流理论3，横浇道采用不对称分布，保证宽窄两条导轨基本能同时充满，如图3所示。加大主浇口宽导轨内浇道截面，按导轨大小分配流量，增加床身宽导轨铁液流量才能提高充型速度，加快铁液流头向前的推进速度，铁液流头温度下降相对缓慢，利用重熔带氧化膜的液珠来减少冷豆等缺陷，同时减少床身导轨流程长而引起的流头铁液氧化量、流头二次吸气量，减少在远离内浇道的内下滑、导轨面等冷截面或冷流头汇集处形成冷皮下气孔的现象。3.2 降低铁液夹渣量改进后在铁液出炉过程中，进行孕育处理，铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第9期 热加工119a）三维工艺b）浇注系统图2原铸造工艺a）三维工艺b）浇注系统图3改进后铸造工艺同时加入铁液净化剂。铁液净化剂具有长效复合孕育功能，不但能清除铁液表面浮渣，还可以清除或弥散混熔或悬浮在铁液内部的非金属夹杂物和有害气体。铁液净化剂可以提高铁液纯净度，降低铁液中的夹渣量和铁液中的一次吸气量，减少渣气孔和皮下气孔铸造缺陷。铁液出完后搅拌，静置510min，适当静置增加铁液中渣滓浮出量。静置后进行一次扒渣，加盖保温物。在浇注前进行二次扒渣，浇注时使用挡渣棉挡渣。浇注过程中进行多次扒渣，在温度满足要求的情况下，尽最大可能减少铁液中夹渣量，提高纯净度，降低床身导轨渣气孔铸造缺陷。3.3 浇注过程工艺改进改进后工艺（见图3），确定主副浇口具体浇注时间间隔。两条导轨都充满需铁液约5t，改进后的浇注系统经计算，主浇口浇注时间约40s可以满足要求4。因此，主浇口浇注45s后副浇口开始浇注，保证两条导轨完全充满，避免铁液流头对流而产生的卷渣、卷气、紊流，或因副浇口过早进入铁液而产生铁液飞溅形成冷豆，从而减少床身导轨渣气孔、冷豆、氧化膜折叠及卷气等缺陷。4 结束语通过此工艺措施改进，该产品及同类产品质量满足了要求，降低了生产成本，与改进前相比，铸造缺陷率直线下降，同时降低了废品率，不但保证了铸件质量、提高了生产效益，而且保证了产品生产周期。参考文献：1 陈国桢，肖柯则，姜不居铸件缺陷和对策手册M北京：机械工业出版社，2004.2 约翰坎贝尔铸造原理M李殿中，李依依，等译北京：科学出版社，2011.3 魏兵，袁森，张卫华铸件均衡凝固技术及其应用M北京：机械工业出版社，1998.4 中国机械工程学会铸造分会铸造手册：铸造工艺M北京：机械工业出版社，2010.20230506