本文介紹的是采用消失模鑄造技術來生產直徑1250mm、單重1500kg的輪轂，針對其結構特點，結合車間設備情況，設計了立式澆注、階梯澆道，集渣、補縮雙冒口工藝，同時，對白型制造過程中的形變、加工量、涂料、烘干、裝箱、負壓、澆注、翻箱及熱處理等各環(huán)節(jié)參數(shù)量化，確保產品合格。
01
輪轂基本情況
作者公司為內蒙伊東公司生的產帶式輸送機，其中關鍵受力部件輪轂（見圖1）的直徑1250mm，單重1500kg，腹板厚為70mm，材質為ZG270-500，要求焊接性好；無砂眼、氣孔、非金屬夾渣等鑄造缺陷；確保內外加工量均勻，加工后無黑皮，熱處理組織為鐵素體+珠光體。
圖1 輪轂
02
消失模鑄造輪轂工藝
（1）白型制作
消失模鑄造制型主要分為手工制型和成形機制型兩種。手工制型適合小批量或單件、型腔相對簡單的鑄件，成形機制型適合批量大、結構較為復雜的工件。該輪轂尺寸大、工期緊，因此手工制型更能滿足實際生產情況。車間工藝組按其結構將其分解成三部分：輪圓、副板、中部，分別下料后粘結組成，留10mm加工量，上下方向增加3mm加工量，防止?jié)沧⑦^程中縱向易發(fā)生收縮而加工量不足，同時，黏結過程必須在平臺上進行，保證中部和輪圓同心。輪轂制型原材料選擇密度為22g/cm3的EPS，有效減少涂料、裝箱過程中的形變，澆道、冒口采用密度為14g/cm3的EPS，降低該部分的密度能夠有效減少澆注過程中模樣的發(fā)氣量。
（2）澆道、冒口設計
直澆道采用65mm×65mm，下層橫澆道為65mm×60mm，兩端留 100mm 做集渣包，接60mm×50mm雙內澆道，保證鋼液平穩(wěn)上升，二層內澆道為單個65mm×50mm，與主澆道呈45º連接于中部上沿，當鋼液到達該處時，二層內澆道才進鋼液，一是能繼續(xù)充型，保證充型平穩(wěn)有力，二是能將此處的渣氣沖入集渣冒口中。三層澆道為單個65mm×50mm，與主澆道呈45º連接于冒口中部，確保澆注最后進入冒口的鋼液溫度高，有利于補縮，可有效減小冒口體積1/3，集渣冒口為下邊長90mm、上邊長100mm、高100mm、寬100mm，安裝在二層澆道對面中部上沿，補縮冒口體積為下邊長200mm、上邊長350mm、高400mm、寬430mm，安裝在輪轂正上方，如圖2所示。
圖2 輪轂工藝
1.雙內澆道 2.橫澆道 3.二層內澆道
4.直澆道 5.三層內澆道 6.震實位置5
7.補縮冒口 8.震實位置4 9.集渣冒口
10.震實位置3 11.震實位置2 12.震實位置1
（3）涂料配制和涂刷工藝
①涂料配制工藝。輪轂涂料成分如附表所示。涂料制備時，先用1:10的比例配比膨潤土和溫水，在攪拌機中高速分散30～40min，制成均勻的膨潤土漿；同時進行活化處理，用水浸泡羧甲基纖維素，使其溶解成膠狀后使用，然后將鋰基膨潤土漿、配好的液態(tài)黏結劑等與耐火骨料混合攪拌制成涂料，最后加入適量的水，調整涂料黏度，攪拌2h，放出并轉移到涂料池內使用。
②涂刷及烘干工藝。將澆道、冒口與輪轂組裝后整體涂刷，保證涂料的一體性，有利于澆注過程中保護鋼液純凈度，涂刷過程中垂直放置模樣，確保不變形，第一遍涂刷厚度為1mm，在45～50℃的烘干室中烘干12h，第二遍涂刷厚度為1mm，烘干12h，第三遍涂刷只涂刷澆道、澆道與型腔結合處、熱節(jié)處，厚度為1 ～1.2mm，烘干12h后確認無漏白缺陷方可準備裝箱。
輪轂涂料成分含量表
（4）裝箱
①砂箱設計。砂箱尺寸為長 1500mm 、 寬1500mm、高2300mm，負壓形式為底抽加單側側抽，負壓管道為φ70mm的雙管，保證單位時間內排氣量大于模樣氣化輸出量。
②吃砂量設計。底部200mm，側面最小150mm，頂部400mm。
③其他環(huán)節(jié)設計。壓力角40º，采用三維震實5次，每次2min，振動加速度10 m/s，振動頻率30Hz、砂種類為寶珠砂，震實位置分別在圖2中震實1、 震實2、震實3、震實4、震實5處，在直澆道與橫澆道交接處底部，放置40mm厚鎂碳磚，防止鋼液長時間沖刷將立澆道底部涂料層破壞，帶入寶珠砂。
（5）鋼液熔煉及澆注
根據(jù)車間現(xiàn)有設備情況，采用3t/h中頻感應熔煉爐，爐襯為硅砂干式筑爐；選擇廢鋼w C≤0.35%；爐中配w C≤0.30%，如含碳量超標不允許使用，同時盡量選擇厚度大于6mm的重料，避免輕薄料熔煉過程中產生過多雜質。爐內取樣：w C≤ 0.3% 、 w M n＝ 0.6% ～ 0.8% 、w S i＝0.17%～0.37%、w S≤0.035%、 w P≤0.035%。出鋼溫度在1680℃～1700℃，出鋼時加入4.5kg脫氧鋁。澆包采用3t塞桿包，澆包中的殘渣要清理干凈，并對澆包進行烘烤，澆包出鋼前要達到暗紅色，700℃以上，出鋼后加入10kg保溫稻殼，防止鋼液降溫速度過快。澆注前5min要保證負壓泵運轉正常，并檢查砂箱的負壓度是否能滿足澆注要求，開始真空表讀數(shù)0.06MPa，澆注時真空表讀數(shù)0.05～0.06MPa，然后等待澆注。澆注溫度1660℃～1670℃，澆注方式為底注，選用直徑為50mm的下水口磚，澆注過程中要做到慢-快-慢，澆口杯始終處于充滿狀態(tài)。
（6）打箱落砂
澆注后的輪轂要在砂箱內保溫12h以上，待冷卻至300℃以下，方可進行翻箱落砂操作，否則翻箱過早，溫差過大，輪轂冷卻速度快，在厚度不均處易產生裂紋。
（7）切割
切割冒口及澆注系統(tǒng)，切割面平整，切割冒口余量3mm，頂部冒口分兩次或多次切割，避免一次切割輸入熱量過大，產生裂紋，然后對輪轂進行拋丸處理。
（8）熱處理
加熱至910℃，恒溫2.5h，隨爐冷卻至300℃以下出爐。要求熱處理內部組織為鐵素體+珠光體，不準出現(xiàn)枝晶和魏氏體，力學性能：σ s≥345MPa；σ b≥590MPa；伸長率δ 5≥14%；斷面收縮率ψ≥35%。
03
結語
該批8件輸送機輪轂15個工作日完工，通過該批輪轂的工藝設計和生產，積累了消失模鑄造較大鑄件的經驗，為作者公司消失模鑄造的發(fā)展打下了堅實的基礎，且提高了輪轂鑄造的生產效率，降低了輪轂生產的成本，為作者公司在市場的激烈競爭中贏得一席之地。
