陳 鵬，何長義，何 媛

（共享裝備股份有限公司，寧夏 銀川 750021）

1 產品結構及工藝性分析

1.1 產品介紹

蓋板鑄件是干式螺桿真空壓縮機主要部件之一，鑄件三維圖如圖1 所示，圖中左下管口為排氣管口，中間兩處軸孔為主、從動螺桿軸孔。干式螺桿真空壓縮機工作原理是利用一對螺桿，在泵殼中作同步高速反向旋轉產生吸氣和排氣作用從而實現(xiàn)抽真空，主要應用于高純凈的真空工藝過程，具有抽取凝性、含顆粒物氣體的能力，適宜于電子、化工和生物醫(yī)藥等領域。

圖1 蓋板三維圖

壓縮機蓋板鑄件的基本參數如表1 所示。

表1 壓縮機蓋板鑄件的基本參數

壓縮機蓋板鑄件力學性能指標要求如表2 所示。

表2 壓縮機蓋板鑄件的力學性能指標

客戶要求鑄件非加工面不得有大于1.5 mm 深的缺陷，加工面不得有鑄造缺陷，鑄件全身采取超聲波探傷檢測，超聲波探傷引用EN12680-3 標準。

1.2 鑄件產品結構分析

蓋板整體為殼形結構，中間兩處獨立軸孔，內部由擋板分割為兩部分，左側體積較大腔為水腔，右側體積較小腔為氣腔，鑄件沿周均勻分布12 處臍座。具體結構如圖3 所示，鑄件軸孔及臍座位置較厚大，在凝固過程中會形成多個孤立熱節(jié)，無法形成順暢的補縮通道，導致這些位置容易產生縮松缺陷。臍座打通長螺栓孔，發(fā)生縮松會造成水腔液體滲漏或氣腔漏氣，軸孔位置出現(xiàn)縮松會導致液體滲入工作腔。

圖2 壓縮機蓋板關鍵區(qū)域示意圖

圖3 壓縮機蓋板原工藝示意圖

通過Magma 軟件對鑄件進行凝固模擬分析，確定了工藝設計思路：將每個鑄件分為上下半區(qū)，鑄件上半區(qū)通過發(fā)熱冒口補縮，下半區(qū)關鍵位置使用冷鐵加快冷卻，消除縮松缺陷；鑄件表面質量要求較高，使用開放式澆注系統(tǒng)，降低金屬液進流速度，同時增加過濾網加強擋渣。

2 原工藝方案

設計工藝方案一箱兩件，鑄件從中間對分，結構由上下箱各帶一半，使用開放式側沖澆注系統(tǒng)，金屬液從鑄件中部進入型腔。采用發(fā)熱冒口+冷鐵的形式對鑄件進行凝固順序調整。

3 原工藝方案生產的鑄件質量統(tǒng)計分析

原工藝方案實際生產153 件，毛坯鑄件以及加工之后共計報廢62 件，廢品率為40.5%，鑄件廢品的主要原因是因為縮松導致鑄件加工后打壓滲漏。

由于原工藝鑄件質量不穩(wěn)定，廢品率很高，因此決定對該產品的鑄造工藝進行重新設計。

4 工藝方案改進

4.1 原工藝方案分析

對原工藝方案缺點進行分析：

1）鑄件結構特殊，厚大臍座間由筋板連接。現(xiàn)澆注方向，由于鑄件臍座與薄壁部位壁厚差較大，薄壁處冷卻速度較快，會提前凝固造成補縮通道過早關閉，補縮路線如圖4 中箭頭示意；

2）鑄件下方無冒口補縮，僅使用冷鐵激冷，如圖4 所示，如果操作及熔煉過程控制不穩(wěn)定，如冷鐵跑位、鑄型緊實強度不足、澆注溫度過高、液體金屬含氣量過高、碳當量過低等，都會造成臍座部位縮松傾向增大；

圖4 壓縮機蓋板補縮示意圖

3）金屬液從鑄件中部進流，如圖5 所示，澆注速度大，充型不平穩(wěn)，金屬液易發(fā)生飛濺、氧化和卷氣等現(xiàn)象，導致鑄件中可能出現(xiàn)砂眼、氣孔和夾渣等缺陷；

圖5 原工藝內澆口進流位置

4）原工藝中間軸孔分型，鑄件上下箱各帶一半，如圖6 所示，鑄件披縫較多，清理周期長，同時使用砂箱較高，合箱控制難度大。

圖6 原工藝批縫示意圖

4.2 改進后的工藝方案

工藝方案改為一箱一件，鑄件從頂面大平面分型，鑄件全部由下箱帶出，使用開放式澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)比例，直澆道、橫澆道、內澆道面積之比為1∶1.5∶1.5，內澆道接2 道瓷管底返，金屬液從鑄件底部進入型腔，如圖7 所示。

圖7 工藝改進后分型面及澆注系統(tǒng)

采用頂面分區(qū)冷鐵+發(fā)熱冒口，底側面厚大臍座鋪滿冷鐵的方式，如圖8 所示。

圖8 壓縮機蓋板改進后工藝圖

新工藝具有以下特點：

1）調整鑄件澆注方向后，所有厚大臍座本身作為補縮通道，補縮路線如圖9 中箭頭示意，延長鑄件補縮時間，利于縮松缺陷的消除；

圖9 壓縮機蓋板補縮示意圖

2）發(fā)熱冒口分區(qū)配合底側面冷鐵對厚大位置進行補縮，如圖10 所示，紅色部分為冷鐵，藍色部分為冒口，冒口最后凝固，鑄件實現(xiàn)順序補縮；

圖10 壓縮機蓋板補縮示意圖

3）使用開放式底返澆注系統(tǒng)，如圖7 所示，降低澆注速度，金屬液從型腔底部緩慢平穩(wěn)進流，可有效避免砂眼、氣孔和夾渣等缺陷；

4）新工藝頂面大平面分型，鑄件由一箱帶出，如圖11 所示，鑄件整體性好，披縫少且易于清理，同時降低了合箱操作難度。

圖11 新工藝批縫示意圖

5 生產驗證

按照上述確定的鑄造工藝，生產蓋板24 件，其中2 件因為夾砂，機損報廢。廢品率8.3%，其余鑄件通過檢測?，F(xiàn)工藝已穩(wěn)定生產，每月30～40 件，預計廢品率將降低到5%以下。

6 結論

對壓縮機蓋板鑄造工藝的改進通過調整工藝澆注方向，優(yōu)化模型分型方式，合理設計澆注系統(tǒng)，精確計算冒口，并采取通用、專用冷鐵改變溫度梯度，使用Magma 軟件模擬驗證等多種工藝手段聯(lián)合作用的方法，有效解決了當前鑄件的縮松問題，實現(xiàn)了鑄件批量穩(wěn)定交付，也為今后類似結構產品的生產提供了經驗。對于大壁厚差球墨鑄鐵小件，根據鑄件特殊的結構，針對性地設計澆冒系統(tǒng)，鋪設冷鐵，調整溫度梯度建立順暢補縮通道，實現(xiàn)鑄件順序凝固，可有效避免縮松缺陷的產生，降低廢品率。