凯发国际首页 熔模精密鑄造無切削齒輪

摘要：以硅溶膠為粘結劑,進行了3Cr13齒輪的熔模精密鑄造，而齒形不切削加工，鑄造毛坯經高頻淬火后使用。要求齒形表面無任何鑄造缺陷，不得用焊補修磨方法修復齒面。在試制生產過程中曾出現了尺寸超差、凹角金屬豆、表面麻坑等缺陷。通過嚴格控制蠟模工藝參數，控制環境溫度，脫蠟前型殼低溫處理，控制型殼熔燒溫度和澆注溫度使尺寸穩定在了公差要求范圍內。采取一遍漿吹氣二遍漿預潤濕消除了金屬豆缺陷。采用澆注后點燃木屑蓋鐵皮桶，使鑄件在還原氣氛中凝固，解決了鑄件表面麻坑缺陷。本文由青島 吊鉤式拋丸機 生產廠家青島淳九整理。

關鍵詞：熔模精密鑄造；型殼；齒輪；尺寸公差；金屬豆；麻坑

1產品介紹及試生產

材質為3Cr13的熔模精密鑄造齒輪見圖1。軸孔為花鍵槽，單面僅0.2mm拉削余量。齒形不進行切削加工，用鑄造毛坯經高頻表面淬火后直接使用。尺寸精度要求達到CT4-[1-2]，齒形表面粗糙度要求達到Ra3.2μm,這樣的尺寸公差和表面粗糙度要求相當精車精銑水平。技術要求規定齒面和軸孔花鍵槽不準焊補修磨。
生產商的模料為進口蠟基中溫模料[1,3]，射蠟機制模。以硅溶膠為粘結劑，鋯粉涂料為面層撒鋯砂，背層為莫來石粉砂。型殼焙燒采用燃柴油爐，焙燒溫度較高可達1200℃。鋼水熔煉采用進口100kg中頻感應電爐。由于生產無切削齒輪是一次生產，沒有自己的經驗。為了使壓型收縮率恰當，對本單位類似鑄件進行了鑄造收縮率測試，平均總收縮率為2.85%,以這種收縮率制造壓型。壓型做好后一批試生產齒輪鑄件20件，結果尺寸超差，鑄件多數凹角處有金屬豆，鑄件表面有麻坑等缺陷。為了解決上述鑄造缺陷，對生產各工序進行了試驗，確定了齒輪生產的工藝參數和特殊方法，較后使該件鑄造成功。

圖1、熔模精密鑄造齒輪

2尺寸精度的保證措施

試生產20件齒輪用公法線長度和齒頂圓止規與過規測量，共有6件尺寸不合格，尺寸不合格率占30%。其中有4件尺寸公差下限偏小，有2件尺寸公差上限偏大。在制造齒輪壓型之前已測量了從蠟模至鋼件(3Cr13)總鑄造收縮率，并且鑄件有的超上偏差，有的超下偏差，應該排除壓型尺寸問題。那些因素與鑄件尺寸有關呢?我們從蠟液開始至鑄件清理結束，全過程各工序進行了試驗與檢測，為了保證鑄件尺寸穩定制定了一系列保障措施。

2.1模料中新蠟的加入量

經過試驗測定，反復使用的舊蠟收縮率小，新蠟收縮率大。根據歷年統計結果，蠟料損耗量為1.5%。因而做出規定，在每次脫蠟后蠟攪拌桶中的蠟液中加入1.5%的新蠟，并在脫水攪拌桶中充分與所脫的舊蠟液攪拌混勻且脫水充分。以改過去隔一段時間集中投放新蠟的做法。這樣就從源頭上克服了新蠟比例大蠟模尺寸小的問題。這是穩定蠟模尺寸的第一步。

2.2蠟保溫箱的溫度與保溫時間

試驗測量表明：蠟保溫箱溫度越高，保溫時間越短，蠟件尺寸波動越大，尺寸小的蠟模越多。因此規定制作齒輪的蠟保溫箱不得隨意調整溫度，保溫溫度為55℃，保溫時間24h以上。

2.3射蠟工藝參數

射蠟機設定的射蠟溫度越低，射蠟壓力越大，保壓時間越長，浸水水溫越高，蠟模尺寸收縮越小，即蠟模尺寸越大。制作齒輪蠟模應比一般件溫度低，壓力大，保壓時間長，規定射蠟溫度60℃，壓力0.6MPa，保壓時間15s，蠟模浸泡水溫不高于25℃。為了使壓型溫度一致，前三個蠟模作為廢件回收。

2.4車間環境溫度

蠟模隨所在環境溫度變化而膨脹或收縮，因此蠟模車間，沾漿車間須恒溫，設定溫度為24～26℃，嚴禁工人隨意調整車間溫度，并規定齒輪蠟模放涼24h后才允許組鑄件組，組鑄件組12h后才允許清洗沾漿。

2.5脫蠟前預冷

為了防止脫蠟時蠟模膨脹使型殼開裂帶來的尺寸增大，專門為齒輪生產準備了一個冷藏間，設定溫度15℃，在脫蠟前將模殼在冷藏間放置24h預冷后再脫蠟。

2.6脫蠟工藝參數

脫蠟溫度175～180℃，脫蠟蒸汽壓力設為0.8MPa，達到0.6MPa時間小于14s，總脫蠟時間10min，脫蠟后檢查型殼，凡有裂紋的型殼一律報廢。

2.7型殼焙燒與澆注

對齒輪型殼脫蠟后4h才允許焙燒，焙燒溫度1050℃，焙燒時間0.5h(與鋼液熔煉相互匹配)開始澆注，澆注過程中焙燒爐不關閉，以保證先澆注與后澆注型殼溫度一致，消除因型殼溫度不同造成的鑄件尺寸變化。澆注前逐爐檢驗成分合格，測定鋼液溫度，澆注溫度規定為1630℃，澆注過程中電爐不斷電，用硅酸鋁巖棉覆蓋爐口，以維持鋼液溫度穩定于1630℃，以消除鋼液溫度波動造成的鑄件尺寸波動。
2.8鑄件冷卻

鑄件的冷卻快慢對其內應力及尺寸是有影響的。因此規定澆注后鑄件不得堆積，鑄件組之間距200mm左右，單獨放置。(實際上為了解決麻坑缺陷鑄件組澆后點燃木屑蓋鐵皮桶)20min后移動鑄件組仍單獨擺設，24h后碎殼切割。

2.9鑄件清理

為了防止鑄件磕碰造成損傷，鑄件組不準投擲，要輕拿輕放。整組吊掛在拋丸清理室拋丸，拋丸鋼珠<0.4mm，拋丸時間20min左右。鑄件若仍有殘殼切割后噴砂處理，以防止拋丸時間太長造成的鑄件表面粗糙度不合格。經過上述一系列規定，試生產鑄件20件，鑄件組清理檢驗后全部尺寸合格。

圖2、鑄件上的金屬豆

圖3、鑄件上的圓形金屬豆        圖4、鑄件上的多棱金屬豆

3金屬豆缺陷的產生與防止

3.1金屬豆的形貌

在一次試制的20件齒輪中，大多數鑄件在凹角處有金屬豆(圖2)。這些金屬豆大多數表面光滑有的與鑄件連接很少，用鏨子一剔即可除去，其疤痕用手銼修一修即可，有的與鑄件連接較多，近乎成半球狀，見圖3，難以剔除，剔除后磨削殘根很明顯，不符合客戶“不準修磨”之要求。還有的金屬豆呈多棱不規則狀，見圖4。

3.2金屬豆產生的原因

光滑的金屬豆是由于沾面層漿時含氣泡[1]，較小的氣泡懸浮在凹角堆積的漿液中，這些小氣泡有的與蠟模連接很少，幾乎是孤立的小球體，有的與蠟模連接較多，呈半球狀。在滴漿甩漿及浮砂時小氣泡未破滅，澆注時金屬液流入這些氣泡形成了球形和半球形金屬豆。對于多棱不規則金屬豆是蠟屑未清除干凈，脫蠟時這些蠟屑流走后在殼中留下蠟屑形狀空腔(多為不規則多菱形)，澆注金屬液而充滿這些蠟屑空腔形成了不規則金屬豆。還有的不規則金屬豆是夾砂缺陷，是面層較薄且與第二層未潤濕存在模殼局部分層[1]，鋼液穿破面層鉆入未潤濕的空隙所致。

3.3金屬豆的預防措施

基于上述分析，對于光滑球形或光滑半球形金屬豆，只要在沾漿時用壓縮空氣吹走凹角處多余積漿，使凹角漿層與平坦大面蠟模的漿液厚度相同，卷入的小氣泡就會破滅，這類金屬豆也隨之消失。對于多棱金屬豆只要認真清洗蠟模，無蠟屑存在，因蠟屑造成的多棱金屬豆便會消除。對于類似夾砂的金屬豆，在沾二層漿時橫殼組在硅溶膠液中預潤濕，消除了型殼分層，此缺陷就解決了。

圖5、鑄件麻坑缺陷（拋丸前）

圖6、鑄件上的麻坑缺陷（拋丸后）

4鑄件表面麻坑

*次試制20件齒輪鑄件，多數有麻坑缺陷，重者麻坑連在*起，輕者有幾個孤立麻坑(坑深在0.5～3mm不等)。這些麻坑未拋丸前充滿較松黑色物質見圖5。用拋丸機拋丸后這些較松的黑色物質清除后就形成了麻坑見圖6。我們認為拋丸機拋丸前麻坑充滿的黑色物是局部氧化所致[4-5]，其原因是：型殼致密度不均勻，有的地方較為疏松透氣性較高，空氣很容易鉆過型殼疏松處與紅熱鑄件發生氧化反應。那么若使澆注后的鑄件在還原氣氛中凝固冷卻，“氧化”沒了，缺陷便可消除。據此，在澆注后馬上在紅熱的型殼上撒上鋸末，燃著后迅速蓋上鐵皮桶凝固冷卻。這樣處理后鑄件麻坑缺陷就不存在了。
雖然蓋了鐵皮桶，但在初次大批量生產過程中時常有麻坑鑄件出現，經過對澆注后鑄件處理情況調查觀察發現，有的鋸末未充分燃著，便蓋鐵皮桶，*下子把鋸末火憋滅了，桶內仍有氧存在；有的鐵皮桶口處支撐著硬殘殼而蓋不嚴，仍有縫隙讓空氣鉆入至桶中；還有的澆注后的件放在了潮濕的底砂上，潮濕蒸汽也會造成麻坑缺陷；有時鋸末撒的較少沒等蓋鐵皮桶就燃完了，再蓋桶時桶內氧氣未消耗完，相當于在弱氧化介質中凝固冷卻。根據上述種種情況**作出了對策，之后生產的鑄件再也沒出現過麻坑缺陷。

5結束語

(1)生產無切削熔模精鑄件，做壓型前要測定鑄造收縮率，以防壓型尺寸造成的鑄件尺寸超差。生產時要對蠟液、射蠟、沾漿、脫蠟、焙燒、澆注等環節嚴格控制，否則這些環節中只要*個環節有問題就有可能造成尺寸超差。在脫蠟前較好對型殼組作“冷處理”，以防脫蠟時脹裂型殼。
(2)防止出現金屬豆，有條件的可用真空沾漿機，無真空沾漿機要在沾面層漿時吹氣，使氣泡破滅。
(3)對于3Cr13材質鑄件不采用還原氣氛凝固結晶，很容易出現氧化麻坑缺陷，簡單的辦法是澆注后在紅熱型殼上撒鋸末或蠟屑等可燃物質，然后蓋鐵皮桶，使鑄件在*個還原性氣氛中凝固冷卻。并要注意澆注后的鑄件組不準放在潮濕處，蓋桶要嚴密，撒可燃物要充分。
參考文獻:
[1]姜不居．實用熔模鑄造技術[M]．沈陽：遼寧科學技術出版社，2009．
[2]中國鑄造協會．熔模鑄造手冊[M]．北京：機械工業出版社，2000．
[3]中國機械工程協會鑄造專業委員會．鑄造手冊(第5卷)[M]．北京：機械工業出版社，1997．
[4]陳國楨．鑄件缺陷和對策手冊[M]．北京：機械工業出版社，2007．