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摘要：高壓電線用絕緣鐵帽原來(lái)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(shì)，人們開(kāi)始嘗試采用消失模鑄造方式來(lái)生產(chǎn)此類(lèi)鑄件。本論文闡述了多種消失模生產(chǎn)鐵帽的鑄造工藝實(shí)踐過(guò)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(diǎn)

一個(gè)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(jìn)行集渣補(bǔ)縮。澆注溫度低于1350度便會(huì)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(diǎn)：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(lèi)小型鑄件。

弊端：采用一次性的覆膜砂進(jìn)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(fèi)工費(fèi)時(shí)，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(hào)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(jìn)行熱處理消除滲碳體。

2.3產(chǎn)品質(zhì)量要求

鑄件無(wú)冷隔、夾渣、夾砂等鑄造缺陷，試棒強(qiáng)度和延伸率達(dá)到QT450-10牌號(hào)要求，組織中不允許出現(xiàn)滲碳體，鑄件做拉力試驗(yàn)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(yàn)兩種鑄件的簡(jiǎn)介

本次工藝實(shí)驗(yàn)分別做了120型號(hào)和Q70兩種型號(hào)的鐵帽。因?yàn)榇藘煞N型號(hào)的市場(chǎng)需求方面是最大的，并且在客戶(hù)方所有的鐵帽鑄件中壁厚是最薄的，故選擇此兩種型號(hào)鐵帽來(lái)做實(shí)驗(yàn)。

120型號(hào)鐵帽：材質(zhì)QT450-10，單重0.84kg，最小壁厚3mm，鑄件做拉力試驗(yàn)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(hào)鐵帽：材質(zhì)QT450-10，單重0.95kg，最小壁厚為4mm，鑄件做拉力試驗(yàn)要求拉力在85KN以上。由于競(jìng)爭(zhēng)激烈且客戶(hù)要求標(biāo)準(zhǔn)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(hào)的鐵帽來(lái)說(shuō)整體結(jié)構(gòu)沒(méi)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(jìn)行生產(chǎn)的難點(diǎn)

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(huì)影響球化效果，并且可能會(huì)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(gè)鑄件在充型時(shí)保證有足夠的充型速度，要防止金屬液在充型鑄件過(guò)程中發(fā)生斷流現(xiàn)象，如果沒(méi)有保證相應(yīng)的充型速度，則鑄件一定會(huì)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(shí)過(guò)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(méi)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(huì)降低生產(chǎn)效率。

5：白模開(kāi)口口唇部位的圓整度要求嚴(yán)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(dá)到40%以上，成品率在90%以上。另外對(duì)于消失模方式生產(chǎn)此類(lèi)鑄件相對(duì)于之前，在能源節(jié)約，耗時(shí)耗工方面要有很大的改觀。

4消失模工藝試驗(yàn)過(guò)程

4.1白模

  120型號(hào)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(bào)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(shí)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(kāi)設(shè)位置，然后結(jié)合串澆的工藝特點(diǎn)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(hù)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(yàn)再與消失模鑄造工藝相結(jié)合。針對(duì)這次生產(chǎn)試驗(yàn)，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(kāi)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(shí)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(gè)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(lái)的1.3%加入量提高到1.4%；

（3）：孕育劑由原來(lái)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(guò)程控制沒(méi)有問(wèn)題，鑄件沒(méi)有出現(xiàn)夾渣、夾砂等澆注問(wèn)題。通過(guò)澆注實(shí)驗(yàn)得出5#方案澆注得到的鑄件沒(méi)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(diǎn)

1#澆注方案

在澆注的5串模型簇中4串報(bào)廢。采用兩個(gè)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(gè)內(nèi)澆口引入，形成兩股液流，在最后充型的部位熔合時(shí)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(bào)廢，采用兩個(gè)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(lèi)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(jìn)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(shí)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(gè)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(shí)帶肉的問(wèn)題，冷隔的位置在澆口的對(duì)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(gè)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(méi)有出現(xiàn)缺陷，成功澆注出成品。

對(duì)比其他方案并分析原因：采取單個(gè)內(nèi)澆口比多個(gè)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(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)金屬液匯合這種情況。故相對(duì)之下這種大口朝上單個(gè)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(shí)驗(yàn)中澆注實(shí)驗(yàn)中即使溫度較低只有1370℃時(shí)澆注出來(lái)的鑄件也沒(méi)有出現(xiàn)缺陷，可見(jiàn)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(gè)角度想在澆注溫度方面其給實(shí)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(shí)踐證明120型號(hào)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(wú)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(duì)于外觀無(wú)缺陷的4個(gè)成品做成分、金相、拉力試驗(yàn)。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(shí)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(gè)鑄件充型過(guò)程中能夠滿足必要的充型速度，在金屬液依次打通每一個(gè)內(nèi)澆口時(shí)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(shí)最佳的流動(dòng)方式，找到最佳工藝成品率和出品率的點(diǎn)。

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(diǎn)我們分析以上工藝的利弊。其中1#和2#無(wú)法滿足順序充型的要求，當(dāng)鑄件到達(dá)樹(shù)枝最末端的時(shí)候金屬液爬行距離較長(zhǎng)，溫降大，并且在充型過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)下層未充滿而上層又開(kāi)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(shí)際實(shí)驗(yàn)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(wú)法滿足生產(chǎn)要求，廢品率較高。

3#方案中我們采用同時(shí)充型原理來(lái)設(shè)計(jì)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(qiáng)人意。

4#方案中我們采用順序充型的原理設(shè)計(jì)澆道，設(shè)計(jì)出爬坡時(shí)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(méi)有利用起來(lái)，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(hù)需要。

6結(jié)語(yǔ)

文章對(duì)鐵帽鑄件由原來(lái)的覆膜砂鑄造轉(zhuǎn)向消失模鑄造方式的可行性進(jìn)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(jìn)，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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