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消失模铸造工艺的研发-装载机863变速箱体,中国机械网,okmao.com
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消失模铸造工艺的研发-装载机863变速箱体
2020年12月01日    阅读量:964    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

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863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863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、砂眼等质量缺陷中国机械网okmao.com


成功研发出6T装载机863箱体消失模铸造工艺,铸造出符合要求的863箱体铸件,并稳定生产。


一、863箱体的结构特点和技术要求 


1.1 结构


863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1135mm×640mm×500mm,主要壁厚12mm,最大壁厚40mm;铸件重量:295kg。

消失模铸造工艺的研发-装载机863变速箱体 中国机械网,okmao.com

1.2 技术要求


材质HT250 ,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、863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、863箱体浇注工艺的设计


3.1 853箱体浇注位置的参照


863箱体是853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853箱体的成功经验,来解决863箱体不同点和难点问题。


853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。


863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853箱体工艺,可加快研发进程,保证产品质量。


3.2 863箱体竖直浇注压头的设计


我公司工艺已经成熟的853箱体生产,埋体底砂放100mm,浇注时压头已经偏小(只150mm高),对长度更大的863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100mm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100mm),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)。


3.3 863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853箱体浇注工艺,制作了863箱体浇道。


863箱体的浇注工艺


制作要点:

1)863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)863箱体外廓尺寸长宽高都比853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853箱体浇道;


4)利用853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、 863箱体浇口杯的装接 


4.1 通常的是在埋箱造型中装接


863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,13603409128),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、 863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、863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863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100mm(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863箱体样件


7.1样件的来之不易


本项目是进行“装载机863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863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、863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863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、863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863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863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556件,产生废品48件,入库508件,铸造合格率:508/556=91.4%;


508件机加工后产生废品19件,合格489件,机加工合格率:489/508=96.3%;综合合格率:489/556=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853箱体量身定做的,而863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863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863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。


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