长孔、窄槽类铸件熔模铸造工艺方法

熔模铸造型壳是“上涂料——撒砂——干燥”这一过程的重复。但对于具有长孔、窄槽这样结构的铸件而言，由于长孔、窄槽部不易上涂料、撒砂，当通孔的孔深和孔径之比H/d> 5【1】，窄槽的槽深或长与宽之比大于一定比例时很难铸出，往往采用机械加工的方法实现。对于直径略大的长孔，虽然型壳可以做出，但已被浆料、型砂填满，增加了缩孔、缩松缺陷发生的几率。本文即讨论该类铸件熔模铸造的几种方法。

1. 浸浆法

1.1浸浆法：在制壳二层或三层后，将型壳浸入到浆料中，使浆料充满长孔或窄槽中型壳余下的空间，待其中的浆料干透后，再进行下一层型壳的制作。目的是增加孔型壳的强度，防止出现跑火现象。

1.2实例：接头A

接头A结构见图1。其上有一个Φ4×25细长孔，呈135°相交，孔壁厚1mm，头部0. 7mm，件小而轻，质量为9.5g。资料【1】介绍：当孔径Φ3~Φ5时，最大可铸出孔深为5~ 10mm，即孔深与孔径之比为1.4~3.3，而该件孔深与孔径之比为6.25，可见Φ4孔制壳是该件的难点。

图1

该件一、二层型壳均采用锆英材料，一层型壳厚约0.5mm，二层型壳厚约0.75mm。制壳两层后，Φ4孔口只有约Φ1.5mm。三层正常制壳时，撒30~60目莫来砂，粒径为0.2 ~0.6mm。且长孔呈135°相交，孔正常上涂料撒砂已无法实现。但两层锆英材料型壳强度较小，无法抵抗1600℃以上高温钢水冲刷，会产生跑火现象形成废品。在制壳二层后采用了“浸浆法”，增加了型壳的强度，满足批量生产要求。

1.3工艺要点

1.3.1 浸浆浆料：硅溶胶+莫来粉（200目），粘度20±2S。粘度大，浸浆时流动不好，不易充满；粘度小，浸浆时看起来已满，但干透后由于水分蒸发会留下较多的空洞，影响强度。

1.3.2 浸浆前吹净长孔的浮砂。

1.3.3 浸浆后型壳一定要干透，以保证强度。接头A三层浸浆后干燥时间为24小时，干燥条件：温度24±2℃，湿度40~60%，吹风。

2. 长孔插木条法

2.1 长孔插木条法：在制壳三层或四层后，在长孔余下的空间插入木条，随后进行正常制壳、封浆、脱蜡等操作。型壳焙烧时，插入的木条烧掉形成空洞，从而改善型壳浇注后的散热条件，消除缩孔、缩松缺陷的方法。

2.2实例接头B

接头B的结构见图2，虚线为浇口，其上均布Φ7.8×23的长孔六个。工艺设计采用一字型横模头组树，正常制壳四层半后浇注，并采用“型壳局部淬水”【2】工艺，即在型壳浇注前，将型壳下部淬入水中2~3秒，形成自上而下的温度梯度和凝固顺序。但在浇口下部的两个孔出现大比例的缩松现象，严重的已缩透。分析认为：这两个孔位于浇口下部，浇注时钢水经此处流入型腔，有过热倾向，而Φ7.8mm孔正常制壳四层半后已被浆料和型砂填满，恶化了此处散热和冷却条件，加剧了缩松产生倾向。在制壳三层后，采用插入木条法，消除了孔的缩松缺陷。

图2

2.3 工艺要点：

2.3.1 插入木条可根据孔大小在制壳三层后或者四层后进行，此时应保证型壳有一定强度抵抗钢水冲击。

2.3.2 插入木条直径应与余下型壳孔洞接近，这样既方便操作，又保证能插住。

2.3.3 插入木条应在制壳2~3小时后进行。过早，型壳强度低，易损坏；过晚，型壳有一定强度，凹凸不平的撒砂平面，阻碍了木条的插入。

2.3.4 木条长度足够，以保证插透。

2.3.5 为便于操作，组树时蜡模六孔中心与模头夹角大于60°。

3. 型壳局部保温法

3.1 型壳局部保温法：焙烧前，在型壳的局部敷贴保温材料，延缓此处的冷却、凝固时间，打开钢水的补缩通道，以达到消除缩孔、缩松缺陷的目的。

3.2 实例DN15法兰阀盖

法兰阀盖结构见图3，虚线为浇口。该件结构特点：上下两个较厚法兰盘间有较长的流量口，孔径Φ15mm，长51.4mm，壁厚3mm。铸造工艺设计：上法兰盘一个浇口，一字横模头组树，四层半型壳，浇注时下法兰盘处采用“型壳局部淬水”工艺，浇注温度为160 0~1610℃。但在浇注后，有部分铸件在流量孔中部产生缩松现象。

分析认为：该件流量孔长且壁薄，铸件浇注后的凝固补缩状态见图4。下法兰盘及附近的Ⅲ区，因型壳淬水的激冷作用，最先凝固而得到致密的组织；靠近浇口Ⅰ区，钢水的收缩有来自浇口的热钢水补充，也得到致密的组织；处在中间的Ⅱ区，上部的钢水补充及下部的激冷作用都无法到达该处，而在制壳完成后，流量孔基本上已被浆料和型砂填满，散热及冷却条件极差，于是在流量孔的中部产生了缩松缺陷。在流量孔的外部型壳处涂敷保温材料后，延缓了Ⅰ区的凝固时间，打开了自上而下的补缩通道，使来自浇口的热钢水通过Ⅰ区补充到了Ⅱ区，解决了孔的缩松问题。

图3 图4

3.3 工艺要点

3.3.1 保温材料可以使用保温石棉、石棉布、耐火泥或其它的耐火材料。

3.3.2 对两法兰盘间有筋的阀盖，保温材料应让出筋部，以防止筋部产生缩松缺陷。

4. 瓷型芯法

4.1 瓷型芯法：即将预制的具有一定常温和高温强度、线膨胀系数小、高温下具有化学稳定性的型芯放在压型中压制蜡模，然后正常制壳做出带有型芯的型壳，经浇注后再去除型芯，从而得到复杂腔铸件的方法。

4.2 实例连接器

连接器结构见图5。其上有约4×12.5×32.5的腰圆形窄槽，并与Φ8孔相交，在铸件部形成一个垂直的流道。该流道窄而长，正常制壳已不可能，故采用瓷型芯方法。瓷型芯外购，压制出蜡模见图6。

图5 图6

为保证瓷型芯定位准确，设计了长10mm的两个芯头，即伸出蜡模之外不与金属接触部分，见图6的A、B部位。为防止芯与型壳材料热膨胀系数不同，导致在型壳焙烧或浇注过程中，二者因长度变化不一，引起型芯变形甚至断裂，修蜡模时将其中一个芯头端部涂上一薄层修补蜡，这样在型壳脱蜡后，型壳与芯头之间有一定间隙，防止型芯受力损坏。正常制壳四层半，浇注温度1600~1610℃。

芯去除采用碱煮或碱爆的方法。

4.3 工艺要点

4.3.1 芯芯头与模具间留有0.2~0.8间隙，方便芯安放。

4.3.2 当芯偏长或下芯受阻时，可用细砂纸打磨芯头或受阻部位，保证芯平稳安放在模具中。当芯偏短或定位不是很牢时，可在芯头端部涂抹修补蜡，增加芯与模具间的粘结力。