CN112705675A - 一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法 - Google Patents

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陈志华
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刘海江
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Abstract

本发明涉及一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法，该工艺方法中所述制模，铸件浇注系统为笼式浇注系统；对铸模采用3D打印进行整体制模；制模收缩率为1.2‑1.3％，材料为PS粉；所述铸件浇注系统包括上环形浇道9、环形内浇道2、下环形浇道7、直浇道1、上随形浇道4、下随形浇道5和冒口；上环形浇道9中心与下环形浇道7平行且同轴，直浇道1连通上环形浇道9中心与下环形浇道7中心，上随形浇道4和下随形浇道5均平行于直浇道1，多个上随形浇道4的两端分别与上环形浇道9与导轨模件上沿连接，多个下随形浇道5的两端分别与下环形浇道7与导轨模件上沿连接。本发明控制了铸件在制模、铸造成型过程、热处理过程中的复杂变形。

Description

一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法
技术领域
本发明属于熔模铸造铸钢件的生产制造技术领域，具体涉及一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法。
背景技术
某主产品排练器中上导轨和下导轨为熔模铸造铸钢件，上导轨和下导轨为复杂空间曲线形状，见图3和图4。两种铸件材料为RZG35CrMo-C.H540-Ⅱ/WJ478-95,，上导轨轮廓尺寸为：305×239×182mm，下导轨轨轮廓尺寸为：325×123×132mm，主要壁厚均为8mm，上导轨毛重4.43公斤，下导轨毛重2.32公斤公斤，两种铸件均为右旋螺旋线分布的空间曲面形板类铸件。
空间曲面形板类铸件在熔模铸造生产中，由于受结构和工艺方法的影响，产生3个阶段产生变形，即：制模过程中的变形、浇注过程中的变形和热处理过程中的变形，变形分别发生在螺旋线的径向：上导轨：R140±0.2和高度180尺寸；下导轨：R166±0.2和高度72尺寸方向，多年来一直存在变形问题，致使部分加工面出现黑皮，或皮厚不均匀，不符合产品尺寸要求。经多次攻关改进，一直没能完全解决变形问题，合格率在30％左右，现有消除变形通常采用多次校正的方法，基本满足加工的要求，但是生产成本高、生产效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法，控制了铸件在制模、铸造成型过程、热处理过程中的复杂变形。
本发明的技术方案是，一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法是制模→制壳→焙烧→熔炼→浇注→打箱→气割→清理→补焊→正火→清理→解剖→交验→调质热处理→清理→交验→入库→下转机加，所述制模中，导轨模件与铸件浇注系统构成铸模，铸件浇注系统为笼式浇注系统；对铸模采用3D打印进行整体制模；制模收缩率为1.2-1.3％，材料为PS粉；
所述铸件浇注系统包括上环形浇道9、环形内浇道2、下环形浇道7、直浇道1、上随形浇道4、下随形浇道5和冒口；
上环形浇道9中心与下环形浇道7平行且同轴，直浇道1连通上环形浇道9中心与下环形浇道7中心，多个环形内浇道2分别将直浇道1与上环形浇道9连通、直浇道1与下环形浇道7连通，即环形内浇道2的两端分别与直浇道1与上环形浇道9连接，或者环形内浇道2的两端分别与直浇道1与下环形浇道7连接；上随形浇道4和下随形浇道5均平行于直浇道1，多个上随形浇道4的两端分别与上环形浇道9与导轨模件上沿连接，多个下随形浇道5的两端分别与下环形浇道7与导轨模件上沿连接，多个上随形浇道4与多个下随形浇道5一一对应，并且多个上随形浇道4与多个下随形浇道5均沿导轨模件长度方向依次排列；上导轨浇道系统中的冒口8连接在导轨模件方板的上部与上环形浇道9之间，下导轨浇道系统中的冒口与直浇道1的端部连接，上环形浇道上部中间设置浇口杯。
所述制壳，采用硅溶胶+水玻璃复合型壳制壳工艺，即面层硅溶胶+锆英砂粉，过渡层硅溶胶+上店砂粉，加固层水玻璃+上店砂粉；脱蜡采用水浴脱蜡或蒸汽脱蜡。
所述焙烧使用连续式隧道窑进行焙烧。
所述浇注中浇温控制在1560～1580℃。
所述调质热处理，以整体笼式进行热处理，按立式位置摆放，正火热处理保温温度为900±10℃；淬火热处理保温温度为870±10℃，回火保温温度为620±10℃。
所述清理，铸件调质热处理后整体进行喷丸，整体喷丸后，采用机械的方式分散去除浇道，采用机械的方式去除浇道，去除浇道时，去除一端上部一个浇道后，去除另一端下部较远的一个浇道，以此类推。
本发明的有益效果是，本发明采用笼式结构，解决铸件在制模、铸造成型(制壳、浇注、冷却等)和热处理过程的变形；采用3D打印制模技术进行整体制模，解决熔模铸件在制模过程中的变形，确定合适的收缩量等工艺参数，利于防止铸件在制模、铸造成型过程、热处理过程中发生的变形，这样可解决多年来存在铸件的变形问题，取消铸件校正工序，降低生产成本，大大提高生产效率，有助于今后稳定铸件的质量；本发明采用熔模铸件带环形浇道即以整体笼式进行热处理，热处理后采用机械的方式分散去除浇道，避免熔模铸件在此过程中产生变形；本发明对整体笼式结构进行制模，，能够控制铸件在制模、铸造成型过程和热处理过程中的复杂变形，是解决复杂熔模铸件在制造过程中变形的可行工艺方法。
附图说明
图1为本发明一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法中上导轨浇道系统结构示意图；
图2为本发明中下导轨浇道系统结构示意图；
图3为采用本发明加工的上导轨结构示意图；
图4为采用本发明加工的下导轨结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的技术方案作进一步详细描述。
如图1所示，本发明一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法具体步骤是：制模→制壳→焙烧→熔炼→浇注→打箱→气割→清理→补焊→正火→清理→解剖→交验→调质热处理→清理→交验→入库→下转机加。
所述制模：
1)如图1和图2所示，导轨模件与铸件浇注系统构成铸模。铸件浇注系统为笼式浇注系统。铸件浇注系统包括上环形浇道9、环形内浇道2、下环形浇道7、直浇道1、上随形浇道4、下随形浇道5和冒口。
上环形浇道9中心与下环形浇道7平行且同轴，直浇道1连通上环形浇道9中心与下环形浇道7中心。多个环形内浇道2分别位于上环形浇道9和下环形浇道7的环形内周，并且多个环形内浇道2分别将直浇道1与上环形浇道9连通、直浇道1与下环形浇道7连通，即环形内浇道2的两端分别与直浇道1与上环形浇道9连接，或者环形内浇道2的两端分别与直浇道1与下环形浇道7连接。
上随形浇道4和下随形浇道5均平行于直浇道1。多个上随形浇道4、多个下随形浇道5分别位于导轨模件与上环形浇道9、导轨模件与下环形浇道7之间，即多个上随形浇道4的两端分别与上环形浇道9与导轨模件上沿连接，多个下随形浇道5的两端分别与下环形浇道7与导轨模件上沿连接，多个上随形浇道4与多个下随形浇道5一一对应，，并且多个上随形浇道4与多个下随形浇道5均沿导轨模件长度方向依次排列。
上导轨浇道系统中的冒口8设置在导轨模件方板的上部与上环形浇道9之间，即冒口8连接在导轨模件方板的上部与上环形浇道9之间。下导轨浇道系统中的冒口与直浇道1的端部连接。
上环形浇道上部中间设置浇口杯；上导轨方板上部设置冒口。
2)对确定的铸模采用3D打印进行整体制模；制模收缩率为1.2-1.3％，材料为PS粉。其余按照D905-1《制模工艺守则》执行。
所述制壳，采用硅溶胶+水玻璃复合型壳制壳工艺，即面层硅溶胶+锆英砂(粉)，过渡层硅溶胶+上店砂(粉)，加固层水玻璃+上店砂(粉)。
脱蜡采用水浴脱蜡或蒸汽脱蜡，型壳焙烧使用连续式隧道窑进行焙烧，
其余按照D905-9《硅溶胶、水玻璃复合型壳工艺守则》执行。
4)浇温控制在1560～1580℃，其余按熔炼浇注工艺执行。
5)带环形浇道即以整体笼式进行热处理，按立式位置摆放。正火热处理保温温度为900±10℃；淬火热处理保温温度为870±10℃，回火保温温度为620±10℃。
6)铸件调质热处理后采用机械的方式分散去除浇道，减少热应力，防止铸件变形。
其他按执行各工序的工艺守则，即制壳、焙烧、熔炼、浇注等工序按照熔模铸造工艺守则要求执行。
本发明的关键，一、采用3D打印制模技术进行整体制模的工艺方案，逐层烧结，逐层冷却，整体笼式结构可防止变形，因而可实现控制制模过程铸件的变形；采用PS粉进行3D打印制模，利于实现熔模铸造的后续工序，具有成熟的工艺控制措施，实现上、下导轨熔模铸件成型过程；本发明上导轨熔模铸件、下导轨熔模铸件采用笼式结构浇注系统，采用3D打印制模技术进行整体制模，不用制作模具，实现摸索收缩率参数，节约试制时间，节约制作模具的高额费用；本发明上导轨熔模铸件、下导轨熔模铸件采用笼式结构浇注系统的铸造工艺方案，根据熔模铸件的结构特点、铸造、热处理过程特点，确定采用上、下环形浇道、侧面铸件随形浇道而构成的浇冒口系统为笼式结构的铸造工艺方案，解决铸件在制模、铸造成型(制壳、浇注、冷却)和热处理过程的变形；本发明铸件浇注系统设计为上环形浇道、下环形浇道与侧面为上随形浇道、下随形浇道构成笼式浇注系统；上环形浇道的中部设有直浇道；上环形浇道上部中间设置浇口杯；上导轨方板模件上部设置、下环形浇道模件的中部设有直浇道；上环形浇道上部中间设置浇口杯；上导轨方板上部设置冒口。
二、本发明笼式浇注系统，在浇注时通过直浇道、下环形浇道、下侧随形浇道进入铸件、再进入下侧随形浇道、上环形浇道，实现浇注平稳、快速、顺畅，也利于排气、排渣，减少热应力，利于减小收缩变形；完成浇注后，笼式浇注系统的各类浇道，在铸件冷却凝固过程中，起到拉筋的作用，控制铸件因结构原因收缩变形，充分利用笼式浇注系统的结构特点，减小热应力和收缩应力，从而达到控制铸件成型时的变形；
三、本发明上导轨熔模铸件、下导轨熔模铸件进行热处理时，无论是进行正火处理，还是调质热处理，均应带环形浇道即以整体笼式结构进行热处理，可以控制铸件的热应力和收缩应力，防止两种铸件在热处理时加热、冷却过程中产生变形；上导轨熔模铸件、下导轨熔模铸件带环形浇道即以整体笼式结构进行热处理时，去掉上部浇口杯，利于平稳摆放；正火、调质热处理均要以整体笼式结构进行热处理时；正火热处理保温温度为900±10℃；淬火热处理保温温度为870±10℃，回火保温温度为620±10℃。
四、上导轨熔模铸件、下导轨熔模铸件笼式结构浇道的去除方法：上导轨熔模铸件、下导轨熔模铸件笼式结构整体调质热处理后，整体进行喷丸，按清理工艺守则要求执行；上导轨熔模铸件、下导轨熔模铸件笼式结构整体喷丸后，采用机械的方式去除浇道，如使用砂轮机、机械加工等，但不能使用气割、刨割等热切割方式，避免产生新的热应力和收缩应力，造成铸件变形；去除浇道时，应分散去除浇道，即去除一端上部一个浇道后，紧接着选择去除另一端下部较远的一个浇道，以此类推，达到分散切割热量的目的，避免产生热应力而引起铸件收缩变形；去除浇道后的铸件，轻放在存放区摆放，铸件不能堆积。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法，所述工艺方法是制模→制壳→焙烧→熔炼→浇注→打箱→气割→清理→补焊→正火→清理→解剖→交验→调质热处理→清理→交验→入库→下转机加，其特征是：所述制模中，导轨模件与铸件浇注系统构成铸模，铸件浇注系统为笼式浇注系统；对铸模采用3D打印进行整体制模；制模收缩率为1.2-1.3％，材料为PS粉；
所述铸件浇注系统包括上环形浇道9、环形内浇道2、下环形浇道7、直浇道1、上随形浇道4、下随形浇道5和冒口；
上环形浇道9中心与下环形浇道7平行且同轴，直浇道1连通上环形浇道9中心与下环形浇道7中心，多个环形内浇道2分别将直浇道1与上环形浇道9连通、直浇道1与下环形浇道7连通，即环形内浇道2的两端分别与直浇道1与上环形浇道9连接，或者环形内浇道2的两端分别与直浇道1与下环形浇道7连接；上随形浇道4和下随形浇道5均平行于直浇道1，多个上随形浇道4的两端分别与上环形浇道9与导轨模件上沿连接，多个下随形浇道5的两端分别与下环形浇道7与导轨模件上沿连接，多个上随形浇道4与多个下随形浇道5一一对应，并且多个上随形浇道4与多个下随形浇道5均沿导轨模件长度方向依次排列；上导轨浇道系统中的冒口8连接在导轨模件方板的上部与上环形浇道9之间，下导轨浇道系统中的冒口与直浇道1的端部连接，上环形浇道上部中间设置浇口杯。
2.按照权利要求1所述一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法，其特征在于：所述制壳，采用硅溶胶+水玻璃复合型壳制壳工艺，即面层硅溶胶+锆英砂粉，过渡层硅溶胶+上店砂粉，加固层水玻璃+上店砂粉；脱蜡采用水浴脱蜡或蒸汽脱蜡。
3.按照权利要求1所述一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法，其特征在于：所述焙烧使用连续式隧道窑进行焙烧。
4.按照权利要求1所述一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法，其特征在于：所述浇注中浇温控制在1560～1580℃。
5.按照权利要求1所述一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法，其特征在于：所述调质热处理，以整体笼式进行热处理，按立式位置摆放，正火热处理保温温度为900±10℃；淬火热处理保温温度为870±10℃，回火保温温度为620±10℃。
6.按照权利要求1所述一种空间曲面板类熔模铸件的工艺方法，其特征在于：所述清理，铸件调质热处理后整体进行喷丸，整体喷丸后，采用机械的方式分散去除浇道，采用机械的方式去除浇道，去除浇道时，去除一端上部一个浇道后，去除另一端下部较远的一个浇道，以此类推。
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