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摘要：高壓電線用絕緣鐵帽原來是由覆膜砂鑄造方式生產(chǎn)，隨著消失模模具和鑄造生產(chǎn)方式在物料人工成本和操作能源環(huán)保等方面的優(yōu)勢，人們開始嘗試采用消失模鑄造方式來生產(chǎn)此類鑄件。本論文闡述了多種消失模生產(chǎn)鐵帽的鑄造工藝實踐過程，從而探索出最適合消失模生產(chǎn)鑄造工藝。

關(guān)鍵詞：鐵帽，QT450-10，覆膜砂鑄造，消失模鑄造，鑄造工藝，貴州消失模模具

1：鐵帽的用途

鐵帽是電路傳輸、避雷器和變電站配件。高壓架空輸配電線路中絕緣和固定（懸掛）導(dǎo)線作用。

2覆膜砂鑄造生產(chǎn)方式的原工藝

2.1原工藝的特點

一個澆口澆注兩件或四件，鑄件澆注位置使鑄件大口水平方向放置，內(nèi)澆口的位置是從鑄件后腦勺處引入鐵水并在此位置上有冒口進行集渣補縮。澆注溫度低于1350度便會出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象。覆膜砂生產(chǎn)方式中工藝出品率在40%左右，成品率在90%以上。

優(yōu)點：工藝較成熟穩(wěn)定，生產(chǎn)出合格鑄件。采用覆膜砂，不必涂刷涂料鑄件表面光潔并且較適用于生產(chǎn)此類小型鑄件。

弊端：采用一次性的覆膜砂進行鑄造生產(chǎn)，成本高。造型制芯合模工序環(huán)境差，且一次澆注只出兩件，后續(xù)的打磨清理也比較費工費時，工藝出品率低。

2.2原工藝的熔煉和澆注

（1）配料

生鐵：廢鋼：回爐料=40%：10%：50%

（2）球化及孕育

球化劑采用蒲城毅力金屬鑄造材料有限公司生產(chǎn)的8-3型號球化劑，球化劑加入量為鐵水成分的1.3%。

孕育劑采用普通75SiFe ，加入量為1.1%。

球化孕育方法：包底孕育。

（3）出爐和澆注參數(shù)

表1 出爐和澆注參數(shù)

（4）QT450-10的成分和組織要求

表2  QT450-10成分

組織要求：鑄態(tài)珠光體含量20%左右。不允許出現(xiàn)滲碳體，否則需進行熱處理消除滲碳體。

2.3產(chǎn)品質(zhì)量要求

鑄件無冷隔、夾渣、夾砂等鑄造缺陷，試棒強度和延伸率達到QT450-10牌號要求，組織中不允許出現(xiàn)滲碳體，鑄件做拉力試驗要求百分百合格。

3采用消失模鑄造方式試生產(chǎn)鐵帽

3.1本次試驗兩種鑄件的簡介

本次工藝實驗分別做了120型號和Q70兩種型號的鐵帽。因為此兩種型號的市場需求方面是最大的，并且在客戶方所有的鐵帽鑄件中壁厚是最薄的，故選擇此兩種型號鐵帽來做實驗。

120型號鐵帽：材質(zhì)QT450-10，單重0.84kg，最小壁厚3mm，鑄件做拉力試驗要求在120KN以上，結(jié)構(gòu)方面鑄件的整體結(jié)構(gòu)較緊湊，胖肚部位壁厚為3mm，口唇部位較厚。

Q70型號鐵帽：材質(zhì)QT450-10，單重0.95kg，最小壁厚為4mm，鑄件做拉力試驗要求拉力在85KN以上。由于競爭激烈且客戶要求標準提高的緣故，鑄件表面不許有明顯的凹坑和凸起，大的圓口處要求圓整。結(jié)構(gòu)方面較120型號的鐵帽來說整體結(jié)構(gòu)沒那么緊湊，胖肚部位壁厚為4mm，口唇部位壁厚較薄。

3.2采用消失模鑄造工藝進行生產(chǎn)的難點

1：鑄件壁厚較薄只有3-4mm左右，很容易產(chǎn)生冷隔。

2：溫度的不易控制，壁厚較薄要求澆注溫度需提高但會影響球化效果，并且可能會在球頭厚壁部位產(chǎn)生縮孔缺陷。

3：采用消失模串澆工藝方案，方案的制定需考慮使串上的每一個鑄件在充型時保證有足夠的充型速度，要防止金屬液在充型鑄件過程中發(fā)生斷流現(xiàn)象，如果沒有保證相應(yīng)的充型速度，則鑄件一定會出現(xiàn)冷隔，造成廢品。

4：采用消失模串澆工藝，一串上懸掛很多白模，白模粘接之后易在烘干、涂刷涂料以及埋箱震實過程中出現(xiàn)掉落及涂層震裂現(xiàn)象，易產(chǎn)生夾渣、粘砂、夾砂等著鑄造缺陷。另外串澆工藝如果沒有較好的工藝方案或固定工裝則有可能采用箱內(nèi)組型會降低生產(chǎn)效率。

5：白模開口口唇部位的圓整度要求嚴格，易發(fā)生變形。

6：生產(chǎn)廠家要求。以前一直是在用覆膜砂鑄造方式生產(chǎn)鑄件，保證鑄件做成的基礎(chǔ)上工藝出品率達到40%以上，成品率在90%以上。另外對于消失模方式生產(chǎn)此類鑄件相對于之前，在能源節(jié)約，耗時耗工方面要有很大的改觀。

4消失模工藝試驗過程

4.1白模

  120型號鐵帽白模模型是上下白模組合而成的如圖4所示，這需要注意其可能由于分型面處粘接不良造成的鑄件報廢。

4.2涂料及涂刷

采用RO-QT涂料。涂刷兩遍，涂層厚度在1mm左右，兩遍的烘干時間都在12h以上。

4.3鑄造工藝方面和熔煉澆注

主體思路：首先探索出鑄件的最佳澆注位置和最佳內(nèi)澆口開設(shè)位置，然后結(jié)合串澆的工藝特點在砂箱中布置直澆道、橫澆道的排列方式，從而得出適應(yīng)消失模工藝和滿足客戶要求的方案。

4.3.1鑄造工藝方案

吸取原鑄造工藝方案的經(jīng)驗再與消失模鑄造工藝相結(jié)合。針對這次生產(chǎn)試驗，我們共制定了5種澆注位置的方案。

從尋找最佳的澆注位置和內(nèi)澆口開設(shè)位置的角度出發(fā)，首先我們采取模型簇豎澆的方式，這是很多小鑄件串澆的常用方式，原因在于使每一層鑄件在充型時候能夠?qū)崿F(xiàn)自下而上順序的充型，保證每層鑄件的澆注速度，避免亂流現(xiàn)象。

模型簇設(shè)置4層，在每個模型簇上面掛鑄件，具體的方案如圖6所示。共澆注5串模型簇，每串模型簇中每層鑄件擺放方式相同只是上下層鑄件次序不同，以避免鑄件因上下位置不同而導(dǎo)致的誤差。

4.3.2熔煉、澆注方案

（1）：配料方不變，生鐵：廢鋼：回爐料=40%：10%：50%；

（2）：球化劑由原來的1.3%加入量提高到1.4%；

（3）：孕育劑由原來的1.1%加入量提高到1.2%；

（4）：球化孕育的方式采用包底球化孕育；

（5）出爐和澆注參數(shù)如表3所示；

表3 消失模鑄造出爐和澆注溫度

4.3.3澆注結(jié)果

（1）模型簇依次澆注，澆注過程控制沒有問題，鑄件沒有出現(xiàn)夾渣、夾砂等澆注問題。通過澆注實驗得出5#方案澆注得到的鑄件沒有缺陷，其余三種方案全部出現(xiàn)冷隔缺陷，缺陷形式如圖7所示。

（2）分析各種澆注方案的優(yōu)缺點

1#澆注方案

在澆注的5串模型簇中4串報廢。采用兩個內(nèi)澆口引入鐵水，內(nèi)澆口位置在球頭的正面，鑄件澆注位置大口斜向上。

分析原因：金屬液有兩個內(nèi)澆口引入，形成兩股液流，在最后充型的部位熔合時候金屬液溫度打不到熔合要求導(dǎo)致融合不良而出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象。

2#澆注方案

在澆注的五串模型簇中全部報廢，采用兩個內(nèi)澆口從球頭后腦部位引入鐵水，鑄件澆注位置大口斜朝上。冷隔位置主要分布在澆注位置的薄壁胖肚的上面部位，正好是金屬液最后充型熔合的位置，缺陷的形式及產(chǎn)生原因與1#澆注方案類似。

3#澆注方案

鑄件大口部位水平放置，鐵水從球頭后腦部位進入。在鑄件最后充型的部位及澆注位置最上部出現(xiàn)冷隔缺陷。金屬液最后充型匯合時候溫度已經(jīng)打不到熔合要求。

4#澆注方案

在澆注的五串模型簇中4串出現(xiàn)冷隔缺陷。采用單個內(nèi)澆口從鐵帽胖肚部位引入鐵水，鑄件澆注位置大口朝上。

缺陷表現(xiàn)為冷隔和砸澆口時帶肉的問題，冷隔的位置在澆口的對面，也是最后充型的部位。

5#澆注方案

在澆注的五串模型簇中全部澆注成功。采用單個內(nèi)澆口底鑄，金屬液從球頭后腦部位引入，澆注位置為鑄件大口朝上。結(jié)果沒有出現(xiàn)缺陷，成功澆注出成品。

對比其他方案并分析原因：采取單個內(nèi)澆口比多個內(nèi)澆口可以使熱量更集中，并且采用底鑄大口朝上的形式充型過程中不會出現(xiàn)金屬液匯合這種情況。故相對之下這種大口朝上單個內(nèi)澆口底鑄的工藝方案較適應(yīng)此結(jié)構(gòu)的鑄件的鑄造工藝要求。并且在后面的實驗中澆注實驗中即使溫度較低只有1370℃時澆注出來的鑄件也沒有出現(xiàn)缺陷，可見此種工藝方案的穩(wěn)定性。澆注溫度從1350-1450℃都可以澆注出成品，從這個角度想在澆注溫度方面其給實際投產(chǎn)也留下了很大的自由度。

總結(jié)上述五串澆注的結(jié)果，得到鑄件最佳的澆注位置和澆口位置應(yīng)該是5#方案。另外，實踐證明120型號的鐵帽由于其本身結(jié)構(gòu)緊湊，大口口唇部位較厚，薄壁面積小，故無論采取什么樣的澆注工藝都能澆注成功。故鑄造工藝與鑄件結(jié)構(gòu)之間是密切相關(guān)的。鑄件成品如圖8所示。

對于外觀無缺陷的4個成品做成分、金相、拉力試驗。得到成分、金相組織和應(yīng)力都符合要求。

5串澆工藝

下一步則是鑄件的直澆道和橫澆道之間的連接方案從而實現(xiàn)串澆，提高生產(chǎn)效率。串澆工藝的關(guān)鍵在于如何引導(dǎo)鐵水依次有順序的引入到鑄件型腔中，使每個鑄件充型過程中能夠滿足必要的充型速度，在金屬液依次打通每一個內(nèi)澆口時候不發(fā)生紊流現(xiàn)象，避免冷隔缺陷。從而尋找出金屬液引入型腔時最佳的流動方式，找到最佳工藝成品率和出品率的點。

在此方面我們共制定了五種方案從中選擇

   根據(jù)鑄造工藝特點我們分析以上工藝的利弊。其中1#和2#無法滿足順序充型的要求，當(dāng)鑄件到達樹枝最末端的時候金屬液爬行距離較長，溫降大，并且在充型過程中會出現(xiàn)下層未充滿而上層又開始充型從而影響下層金屬液的上升速度，從而出現(xiàn)冷隔缺陷，實際實驗中此種兩種工藝的鑄件出現(xiàn)的冷隔缺陷形態(tài)也較大。故此兩種工藝在工藝方面無法滿足生產(chǎn)要求，廢品率較高。

3#方案中我們采用同時充型原理來設(shè)計澆道，澆注結(jié)果中鑄件的廢品率較高在90%以上，但工藝出品率較低，約45%左右，故此種方案差強人意。

4#方案中我們采用順序充型的原理設(shè)計澆道，設(shè)計出爬坡時澆注工藝，澆注結(jié)果與4#工藝方案相同，成品率較高，但由于砂箱中的很大空間沒有利用起來，并且主橫澆道的使用大大降低了出品率，工藝出品率不足35%。

5#方案我們采取單串單澆的方式，省去工藝上面的橫澆道，從而提高工藝出品率的方式，能夠保證成品率，并且鑄件工藝出品率提高到65%以上，由此滿足客戶需要。

6結(jié)語

文章對鐵帽鑄件由原來的覆膜砂鑄造轉(zhuǎn)向消失模鑄造方式的可行性進行了探索，從最初的尋找最佳內(nèi)澆口位置和澆注位置到后面的尋找最佳串澆方式，結(jié)合熔煉澆注工藝的改進，從而成功探索出消失模鑄造生產(chǎn)鐵帽鑄件的可行性工藝。

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