主体框架铸造工艺研究

1主体框架结构和技术难点

1.1主体框架结构简述

主体框架是某型号导弹的一个重要结构件,材料为ZM5,热处理状态为T4,铸件类型为Ⅱ类,技术标准为HB964和HB965。铸件为框架结构,由水平位置的三块八边形结构的板和四块侧立板将其连接,水平的三块板中,上下两块板中心有一较大的穿孔,中间幅板将上下分开为两个独立部分,四块侧立板上开有窗口。零件由铸件毛坯(图1)全部机加工而成,铸件毛坯要求全部进行x光和荧光无损探伤检查。

1.2主体框架铸件铸造工艺难点

(1)铸件内部质量要求高,外形不规则,浇注系统设计难度大:

(2)铸件为空框结构,外模和泥芯组合时比较困难,易掉砂,如果将外模加大,铸件"皮缝"太厚,将给切割打磨带来困难:

(3)铸件中间的幅板将上下分开为两个独立部分,上部泥芯无处支撑,而且中间幅板厚大(厚18mm),容易出现铸造缺陷。

2工艺方案

2.1浇注工艺方案确定

主体框架铸件高度为32mmm,如果采用重力浇注及冒口补缩,高度将达到m40mm左右,金属液流程太高,铸件内部质量将不能保证。因此,决定采用两只重叠后反重力浇注一差压浇注,浇注系统采用缝隙浇道,金属液流动平稳,铸件质量能够保证。

2.2工艺难点的解决

(1)针对"铸件内部质量要求高,外形不规则,浇注系统设计难度大"的特点,决定采用差压浇注,确保铸件质量。m根缝隙浇道呈"十"字分布,垂直方向上的两根横浇道,仅在三块水平位置板处与铸件相连。因此,在两板之间用一块m0mm×10mm的板将其相连。

(2)针对"铸件为空框结构,外模和泥芯组合时比较困难,易掉砂,如果将外模加大,铸件‘皮缝'太厚,将给切割打磨带来困难"的工艺难点,将铸件的外模模具整体放大2mm,形成的"皮缝"易于切割打磨,在泥芯与外模配合时,将外模用水平尺调平,这样外模和泥芯组合时就不会碰闯,不会掉砂,避免了铸件的"夹砂"和"掉砂"缺陷。

(3)针对"铸件中间的幅板将上下分开为两个独立部分,上下泥芯无处支撑,而且中间幅板厚大(厚18mm),容易出现铸造缺陷"的工艺难点,根据铸件的外形结构,将芯盒做了"特殊"设计:在铸件的两斜边和对边的缝隙浇道旁各加两块砂,将上下两截泥芯连接起来,这样,上部分泥芯就有了支撑。

3工艺试制

根据主体框架的研制方案,进行了工艺及工装设计,做出芯盒及外模模具,外模采用湿砂造型,泥芯采用树脂砂造型,在铸件的壁板和上、下框内圆面上摆放冷铁,中间幅板下平面全摆放冷铁。浇注参数如表1所示,浇注温度:0157024℃。

为了防止中间幅板出现"沟槽"缺陷,在形成中间幅板上平面的上部泥芯上打出气眼。

4试制结果

铸件浇注完工后,进行热处理,然后进行x光和荧光探伤,发现铸件的中间幅板上有严重的"疏松""气孔"缺陷。

5工艺改进

5.1缺陷产生的原因分析

5.1.1缺陷"疏松"产生的原因

(1)合金材料性能和熔炼操作原因。经过对现场及原始记录的检查和分析,合金性能满足要求,熔炼操作符合工艺要求。因此,这不是主体框架产生"疏松"缺陷的主要原因。

(2)厚大部位冒口设置不当,补缩不足。从主体框架的结构来看,中间幅板厚18mm,由于所处的位置,不便于摆放冒口,所以没有设计冒口补缩。因此,这是主体框架产生"疏松"缺陷的主要原因。

(3)铸件在铸型中的浇注位置不利于顺序凝固。从前述工艺方案来看,采用缝隙浇道浇注,合金液首先由直浇道进入立筒,然后再由立筒通过缝隙自下而上逐渐进入铸型,合金液从立筒的底部引入并逐渐上升,其流动是十分平稳的,立筒内合金液面始终高于铸型液面,在挡渣、排气、补缩等各方面都有显著的效果。因此,这不是主体框架产生"疏松"缺陷的主要原因。

5.1.2缺陷"气孔"产生的原因

(1)浇注时合金液流不平稳而将气体卷入合金液中。从前述工艺方案来看,采用压差浇注,浇注系统采用缝隙浇道,合金液流平稳。因此,这不是主体框架产生"气孔"缺陷的主要原因。

(2)冷铁烘烤温度或时间不足,或浇注时冷铁表面有潮气。经过对现场及原始记录的检查和分析,冷铁烘烤符合工艺要求,表面干燥。因此,这不是主体框架产生"疏松"缺陷的主要原因。

(3)浇注过程中,铸型时排气不畅。从主体框架结构来看,中间幅板将铸型隔开,下部泥芯产生的气体不易排除而留在其中,易产生"气孔"缺陷。因此,这是主体框架产生"气孔"缺陷的主要原因。

5.2工艺方案改进

从主体框架产生铸造缺陷的原因分析来看,"疏松""气孔"缺陷是由补缩不足和排气不畅造成的,在铸件中间幅板部位的上部泥芯上加冒口,对中间幅板进行补缩和排气即可排除缺陷。根据主体框架的结构,冒口必须从上层幅板的穿孔中通过,如果采用的冒口过大,则冒口不易切割打磨,因此采用4只小40mm的小冒口对中间幅板进行补缩和排气。经工艺改进后,铸件内部质量满足技术要求。

6试制结论

经采取特殊工艺方法和工装设计,攻克了主体框架铸件外形复杂、空框结构、内部质量要求高等工艺难点,生产出外形尺寸和内部质量都符合技术要求的铸件。针对主体框架铸件的工艺攻关,得出如下结论:

(1)主体框架试制过程中采用的工艺方法合理,工装设计正确:

(2)采用压差浇注的工艺方法合理,参数正确,能够指导生产过程:

(3)试制生产的主体框架经x光和荧光探伤,内部质量符合技术要求:

(4)经划线检验和机加工后得出结论,主体框架的外形尺寸符合技术要求。