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装载机变速箱体，消失模铸造工艺的研发作者：郭跃广，刘洪美，黄耀焜等，单位：龙工（福建）铸锻有限公司开展对装载机变速箱体消失模铸造工艺的研发，是龙工研制6T装载机的重要组成部分。通过对箱体白模多层分片设计，采用泡沫大板铣床雕刻模片，组合粘接成整体模型；设计多层合理浇注系统，采用油道预埋砂芯，浇口杯提前装接，导流槽加砂，浇道先烧后浇，箱顶压重等技术。通过一系列的技术措施，解决了箱体由于结构复杂，内腔加砂、震实存在死角，高度偏大等易产生浇注塌箱、涨箱、铁包砂、油道孔堵、碳渣、砂眼等质量缺陷。成功研发出6T装载机箱体消失模铸造工艺，铸造出符合要求的箱体铸件，并稳定生产。一、箱体的结构特点和技术要求1.1结构箱体属于大型内腔复杂的薄壁壳体铸件，外型为三层阶梯结构，内腔为双层腔室结构，油底壳旁多了个副机油箱。铸件外型尺mm×mm×mm,主要壁厚12mm，最大壁厚40mm；铸件重量：kg。1.2技术要求材质HT,铸件需消除应力退火，铸件不允许有变形、碳渣、砂眼、气孔、裂纹、冷隔等铸造缺陷。机加工面多，并多处有高压油道和液压阀面，其中一条带拐弯的油道要直接铸出，需气密试验不渗漏。技术路线：根据产品图绘制铸件图--绘制三维图--进行分片分块--龙门铣床雕刻--粘接组合--浇注系统--浸涂烘烤--埋箱浇注--清理涂装--划线检验--送样----机加工及评审--绘制模具图--模具加工--模具装配--样品试制--再送样--机加工及评审--小批生产--按需生产。二、箱体泡沫模的制作2.1泡沫模雕刻消失模铸造的前提是必须要有与铸件形状相一致的泡沫模型，一般用金属铝模压出。而开模前最好能进行工艺试验，做出样件后再开模，以确定相关工艺参数，甚至进行结构尺寸的调整，这前后是一对矛盾。我公司采取雕刻泡沫的办法来制作模型,先绘制铸件图，进行分层分块，用大板方料泡沫，在数控龙门铣床上雕出泡沫模样，再粘接组合为整体泡沫模，在组合当中预埋油道砂芯，使后续试验得以进行。铣床上雕出泡沫模样雕出的成套模片粘接组合后的整体泡沫模型2.2油道砂芯制作预埋对箱体阀面内设的拐弯油道，采用随形砂芯制作，用现有其它产品的砂芯，磨削加粘接做出来，再浸涂3遍涂料，烘干后预埋入泡沫内，浇注后砂芯部分就是油道，工艺成熟后开砂芯模具。三、箱体浇注工艺的设计3.箱体浇注位置的参照箱体是箱体的一个升级版，其形状类似但结构和尺寸有很大的差异，要借鉴箱体的成功经验，来解决箱体不同点和难点问题。箱体浇注位置取竖直立放，即油底壳面朝下，这与箱体在装载机上的工作位置相同，可保证下方材质致密，减少可能发生的机油渗漏。采用侧边浇道，多层阶梯进水。箱体若同样用竖直立放浇注，则在浇道设计、防变形支撑、浸涂烘烤、埋箱加砂、震实造型等工序都可以借鉴箱体工艺，可加快研发进程，保证产品质量。3.2箱体竖直浇注压头的设计我公司工艺已经成熟的箱体生产，埋体底砂放mm，浇注时压头已经偏小(只mm高)，对长度更大的箱体，同样取竖直立放浇注(长度成为高度放置，压头只50mm高)，现有砂箱高度是否适用？高度不够时如何解决？将是关键所在。考虑应对措施有：1）降低底砂高度：取mm的底砂高度已经较低了，对于底抽式砂箱，为防止砂网被烧烤破损，不宜再降；2）用砂框提高砂箱高度：按砂箱开口宽度，加高高度（至少mm）,但由于震实台前后大横梁的存在，加高的砂箱通不过，又不宜改造，无法实施；3）埋箱造型覆盖塑料薄膜后，模束最高处相对应箱面上局部压重：用油漆铁桶装上冒口、拉筋铁块重压，但搬这些铁块很麻烦；箱面上放铁桶后，用砂管加满砂，浇注保压完将桶砂倒在箱面就可（经过多次试验，选择后者）。3.3箱体浇道的制作3.3.1浇道制作要点1）浇注位置要有利于模型填砂震实、消除死角、减少变形；2）采用竖直立放时宜采用侧边浇道，多层阶梯进水；3）要便于横浇道的开设和内浇口的均匀分布，实现平稳充型，消除碳渣；4）横浇道（含内浇道）便于机压成型，要有利于直浇道、浇口杯的连接和固定；5）最高处不宜是薄壁部位，要有利于安装排渣冒口和有利于浇冒口的去除；6）要保证高压油道和液压阀面的致密性；7）横浇道安装后要有利于泡沫模的浸涂和烘烤；8）保证合适的吃砂量和浇注压头。3.3.2箱体浇道装接按以上因素考虑，结合箱体浇注工艺,制作了箱体浇道。箱体的浇注工艺制作要点：1）箱体浇道为侧面设置，为减少高温铁水对油道砂芯的热冲刷造成粘砂孔堵，浇道避开了油道阀面；2）箱体外廓尺寸长宽高都比箱体大，为使铁水进入平稳和温度均匀，采用5层阶梯横浇道，8个内浇口进水；3）各浇道的截面尺寸参照箱体浇道；4）利用箱体的成型浇道进行切割组装，在整体泡沫模上粘接浇道，而后进行效果验证和多次改进，待工艺成熟后开浇道模具。四、箱体浇口杯的装接4.1通常的是在埋箱造型中装接箱体的浇道主体（除浇口杯部分）是先与箱体本体白模粘接组合后，再进行涂料浸涂的。挂涂后的泡沫本体与浇注系统通常浇口杯的装接是在埋砂埋到直浇道上部接口时，再接浇口杯。缺点是：1）埋箱震实要停下来接浇口杯，延长造型节拍，降低生产效率；2）一般要使用泥条或其它接口密封措施，较为麻烦；3）继续加砂震实时其接口可能松动，浇注时进砂。4.2埋箱造型前装接在箱体浸涂烘烤后，就将浇口杯装在直浇道上。具体步骤是：1）外购轻质漏斗形浇口杯（河南三门峡阳光铸材，李保良，），杯口包塑料膜，防止型砂进入；2）出水口套一段泡沫直管，接头缝隙打热熔胶固定，直管另一端盖同直径的泡沫圆片，包上单面胶；3）对浇口杯泡沫管浸涂涂料并烘干；4）剥去预相连接的两直管泡沫圆片和单面胶带；5）打热熔胶后，两直管相连接，在接缝处包单面胶带；6）对接缝处刷涂料，包玻璃布，再刷涂料；7）用砂条进行支撑和绑铁丝加固，进炉烘烤至模束干透，即可下模束造型；优点：1）造型可连续进行，提高造型震实台利用率；2）浇口杯装接后，接口包了玻璃布及加固后又上涂料烘干，非常牢靠。待安装的浇口杯埋箱前装好浇口杯五、箱体的加砂造型我公司使用的砂箱是底抽式五面砂网抽真空，雨淋加砂，美国富康震实台，造型震实过程中，人工无法进行手工塞砂干预。由于立放的俯视面没有开口，雨淋加砂时型砂无法直接进入内部型腔，而是靠侧面有砂上来时流入，造成内腔顶部的死角加砂不够和震实不到而产生大块的铁包砂。箱内立放，俯视面没有开口，增加了填砂难度。采取措施是：1）埋箱前对该处死角敷树脂砂；2）模束放入砂箱后，用加砂管对侧边四周加砂至砂箱四分之一高度，起固定模束作用；3）用导流槽通过法兰圆开口对内腔加砂，使内外砂面尽量保持同高；4）在震实及雨淋加砂时再配以带压缩空气的弯管加砂，使内腔型砂能在人工间接干预下得以冲满，消除死角；通过上述措施，解决了铁包砂问题。对埋箱死角敷树脂砂用导流槽对内腔加砂用带压缩空气的弯管加砂六、箱体浇注涨箱问题的解决6.1压砂高度不足产生涨箱由于箱体的立放浇注，现有的砂箱高度显然不够，使铸件顶部的压砂高度偏小，铸件冒口顶部几乎与砂箱上沿持平，若只按常规的箱面处理，模束顶部产生涨箱的可能性极大。砂箱高度显然不够冒口顶部与砂箱持平6.2局部堆砂加压重对于产生的涨箱，经过多次试验，最后采取措施是：1）取加底砂mm（不宜再低）,放入模束后，让浇口杯高出箱面一些（30mm-50mm）,使铁水压头尽量多一些；2）对箱体模束顶部的箱面继续加砂堆高，增加压砂；3）在堆砂上部搁一铁制砂桶，增加压重，可防止涨箱。加堆砂，放置砂桶，增加压重七、泡沫雕刻生产的箱体样件7.1样件的来之不易本项目是进行“装载机变速箱体消失模铸造工艺的研发”，按照技术路线，采取泡沫雕刻，粘接组合模样后，才能再进行后续(浇道、涂料、造型、浇注等)工艺试验，早期的试验失败的可能性大。由于泡沫雕刻时间长，粘接难度大，开头都是一件或数件地进行组模浇注。通过70多件次的试验和改进，先后解决了烘烤变形、浇注塌砂、浇注抬箱、内腔粘砂、油道堵塞、加工砂眼、余量不足、尺寸偏差等问题，最后提供了40多件合格样件，基本攻克了技术难题，掌握了工艺要领。合格的箱体铸件合格的机加工样件7.2样件的合格率情况在项目实施的前4个月，共雕刻泡沫模82件，浸涂等过程损伤7件，进入浇注75件，产生铸件废品23件，铸造合格率：（75-23）/75=52/75=69.3%；52件机加工后产生废品12件，机加工合格率（52-12）/52=40/52=77%；综合合格率：40/75=53.3%。产生的废品有涨箱、孔堵、粘砂、碳渣、变形、尺寸偏差、轴承孔偏心等。涨箱造成厚薄壁油道粘砂孔堵机加工出现的碳渣轴承孔偏心八、箱体消失模模具的设计和制造在取得诸多工艺参数，如：加工余量、模片收缩率、铸造收缩率、分型方案等，并确定相关的工艺方案，如：浇注位置、浇注系统、加砂方式、浇注温度、保压时间等后，必须进行模具设计和模具制作，为批量生产及尺寸和外观的保证创造条件，才能进一步提高产品铸造合格率。自主设计和制造的箱体消失模模具，共三副模具，可进行4个大模片和10个小模片的压制。生产出的模片融合良好、表面光滑、尺寸准确、接缝吻合，完全能够满足质量要求，极大地降低了模具成本，同时提升了公司模具的设计和制造能力。安装在成型机上的模具成型机生产的成套泡沫模样九、箱体的批量生产及质量状况9.1开模后的加量生产消失模模具的使用（后又制作了油道砂芯模具），使箱体的批量生产成为可能。在进行小批数量进一步验证和机加工装配后，逐步加量进入稳定生产，产品质量满足技术要求。实现批量生产的箱体机加工后的成品9.2新模箱体的质量状况新模模具使用后的前5个月，浇注件，产生废品48件，入库件，铸造合格率：/=91.4%；件机加工后产生废品19件，合格件，机加工合格率：/=96.3%；综合合格率：/=88%。新开模具箱体铸件的合格率比泡沫雕刻的合格率有很大的提高，进一步的工艺改进和优化还在进行中。十、故事的结尾，1）消失模铸造的批量生产必须要有成套的消失模模具，而模具一经使用，有问题时要进行改模是困难的。有条件的情况下，事先在数控铣床上雕出泡沫模样,进行工艺试验，同样可获得需要的参数和工艺方法，为开模提供设计输入，减少设计失误。2）我公司的消失模设备，主要是为箱体量身定做的，而箱体“身高体胖”，是否适用，不得而知。通过雕刻泡沫模样，进行工艺试验和难题突破，提供样件装机，即可放心和有把握的开设模具，又可加快变速箱总成和整机的试验。3）装载机变速箱体消失模铸造工艺的成功研发，是公司消失模造型设备在极限情况下（砂箱高度不够和造型加砂困难），采取了一系列对策措施而完成的，对龙工装载机整车的按时研发起到重要作用，对龙工装载机系列产品的更新，进一步提高市场占有率具有积极意义。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇

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