机车电刷架的熔模铸造
东光县骏源机电设备厂    2017-03-28 10:46:07    文字:【】【】【
摘要:针对结构复杂,精度要求高的铝青铜导电元件,采用硅溶胶型壳工艺和雨淋式浇注系统及冒口补缩,可使合金液平稳充满铸型,形成定向凝固的条件,从而获得表面光洁,组织致密的铸件。

   针对结构复杂,精度要求高的铝青铜导电元件,采用硅溶胶型壳工艺和雨淋式浇注系统及冒口补缩,可使合金液平稳充满铸型,形成定向凝固的条件,从而获得表面光洁,组织致密的铸件。

碳刷架

1、铸件成形分析及浇冒口系统的设计 

    从铸件结构分析,该件基本形体是由法兰和异形筒体组合为一体,法兰的凸块是电流接线端子,异型筒体中有三个均布各自独立的电刷孔,结构形状复杂,壁厚又不均匀,厚处为19mm,薄处为3mm,由于铝青铜是收缩量大,易氧化易吸气的合金,薄处易形成冷隔和夹渣,厚处易出现缩孔,铸造难度很大。为确保铸件完整成形,应着重解决好浇注位置,浇注系统和排渣补缩三个关键问题。在组型方式上采用平铸、雨淋式浇注系统和冒口补缩厚大部位,雨淋孔从三个冒口上引进,由于铸件相对高度不大,落差较小,这样合金液平稳落入筒体底部,自下而上充满铸型,使型腔内的气体和氧化夹渣排到冒口中,既可保证高温合金首先充满筒体下端薄壁处成形,又使法兰厚大部位从冒口得以补缩,为铸件创造了定向凝固的有利条件。详见铸件工艺图。由图可知,直浇道下端为三个阻流直浇道,起到控制合金液流量,增加流动阻力,减少液流冲击的作用。当浇注时合金液充满直浇道,由阻流直浇道进入截面较大的横浇道后流速减缓,平稳迅速经由雨淋孔落入冒口和铸型,既有利于档渣,又可平稳充型,兼有封闭式与开放式的优点。浇注系统各组元比例为:F

:F阻:F横:F内=1:0.9:1.9:1.6。冒口尺寸(长×宽×高)=42×20×24mm。 
2、压型的设计与研究 2.1参数的选择 
铸件加工余量:上表面+2.0mm,下表面+1.0mm,电刷孔-0.5mm。 
综合收缩率:自由收缩外园2.5%,受阻收缩内园1.8%,高度收缩率2.5%。 

    2.2压型结构及成型工艺的设计

   压型的分型面选在法兰上平面,有利于蜡模的取出,法兰内台阶由上型的台阶带出,三个电刷孔及内腔由贯穿上下型的可抽式梅花芯体形成。注蜡孔设在接线端子上。压型的角度定位由园销定位,同轴度定位由上下型的凸台定位。压型由转柄活节螺栓紧固。在上型对应接线端子部位开设弧形冒口槽,以便在蜡模上直接带出冒口。压型所有内腔和电刷孔梅花芯体表面机械加工粗糙度≥Ra0.8(ωm)。 
3、制模制壳工艺 3.1蜡模制作与组装 
蜡模采用蜡基模料,制模时按下列参数进行操作: 石蜡与硬脂酸比例:1:1 化蜡温度:60-80℃ 压射蜡温:45-48℃ 压射压力:0.3-0.5MPa 压型温度:18-25℃ 保压时间:5-10s 起模进间:40-60s 
起模剂:10#变压器油或松节油 
在操作时首先将压型擦拭干净,涂刷起模剂,然后合型锁紧进行压蜡。取出压成的蜡模,放在水中冷却片刻,拿出挂在架上自然干燥。 
按组型工艺要求组装蜡模和浇冒口系统,然后将组装好的蜡模放入清洗液中认真清洗后,挂在架上干燥,以备制壳使用。 
3.2制壳工艺 
硅溶胶型壳采用干燥硬化的胶凝方法,具体操作程序为:上涂料—撒砂—干燥三个工序,根据铸件大小、材质等要求标准按上述工序多次重复达到要求为止。 
3.2.1涂料的配制 
配料组成及指标参数按表1进行
 

3.2.2硅溶胶型壳制壳工艺按表2进行

 3.2.3脱蜡与焙烧 
    型壳制成后停放16~24h以上,方可进行脱蜡,脱蜡在脱蜡釜中蒸汽脱蜡,脱蜡温度170℃,工作压力0.7Mpa,脱蜡时间<14s,整个型壳的脱蜡操作应在6~10min内完成。     型壳在电阻炉内进行焙烧,型壳焙烧是烧掉残余蜡料,水分及其挥发物,焙烧温度控制在950~1050℃,为使型壳烧透,保温时间>60min,焙烧好的型壳尽量停放在炉内,以防吸潮。焙烧好的型壳经检查无缺陷时,即可准备浇注。  

   4、合金熔炼与浇注工艺    

 4.1熔炼工艺要点 
    铝青铜是易氧化易吸气的合金,在熔炼时,要快速 熔炼,严密复盖,严防合金吸氢,加强脱氧除渣。最好采用中频感应电炉熔炼,选用市场上的烧制好的成形镁砂坩埚,固定在感应圈中使用。    

 熔炼操作程序如下: 
    (1)预热坩埚到暗红色(约600~700℃) 
    (2)加料:在坩埚底先加入1%的复盖剂(玻璃屑50%+碳酸钠50%),电解铜(先加入85%,留15%调整成分),金属锰,电解镍,低碳铁皮,铝锭(留少部分最后调整成分和温度),同牌号回炉料。有熔池后再加入1%的复盖剂。 
    (3)逐步升温到1240~1260℃以上,适当搅拌一下炉料,在弱氧化性气氛中快速熔化。 
    (4)待炉料化清后,加入预留的电解铜,铝锭,调整温度和成分,并加入精炼剂(冰晶石30%食盐50%,氟化钠10%,氯化钾10%)加入量为炉料重量的2~2.5%。 
    (5)进行炉前试验,如含气试验不合格,则加入0.2~0.4%的脱水氯化锌去气精炼。  

   (6)炉前试验(含气、弯曲、断口检查)合格,除去浮渣,撒上一层冰晶石(0.2~0.3%)清洁合金,准备浇注。   

   4.2浇注工艺要点 
    (1)首先将型壳从炉中取出,倒出型壳中的杂物,摆好放平准备浇注。型壳浇注时的温度在500~600℃为宜,过低会出现浇不足或冷隔。 
    (2)测量炉温,清除浮渣,出炉浇注,浇注温度控制在1160~1180℃。
 (3)合金出炉后静止1分钟再浇注,动作要先快后慢,不得断流。 
    (4)观察浇口收缩下凹明显,说明结晶脱氧排气良好,铸件无缩孔,气孔缺陷。如浇口冒涨,说明合金含气量大,防氢脱氧不良,铸件有缺陷。 

    5、质量检测 
    铸件质量检测主要从化学成分,力学性能,X射线检查三个方面进行。 
    化学成分化验结果为:Cu86.4%,Ae9.2%,Fe2.94%,Ni0.68%,Mn0.66%,均在规定控制限之内,力学性能试验后σb   563Mpa,δ16%,1200HBS。铸件在固定式工业X射线探伤仪上进行气孔检查,抽检率为10%,均未发现气孔等缺陷。 

    6、结语 
    (1).对结构复杂,要求很高的导电元件,采用硅溶胶型壳工艺和雨淋式浇注系统及冒口补缩,能使合金液平稳充型,定向凝固,获得表面光洁,组织致密的铸件。 

    (2).合金熔炼要快速熔炼,加强复盖防氢脱氧,精炼除渣、净化合金,是获得致密铸件的关键。 


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