1主體框架結構和技術難點
1.1主體框架結構簡述
主體框架是某型號導彈的一個重要結構件,材料為ZM5,熱處理狀態(tài)為T4,鑄件類型為Ⅱ類,技術標準為HB964和HB965。鑄件為框架結構,由水平位置的三塊八邊形結構的板和四塊側立板將其連接,水平的三塊板中,上下兩塊板中心有一較大的穿孔,中間幅板將上下分開為兩個獨立部分,四塊側立板上開有窗口。零件由鑄件毛坯(圖1)全部機加工而成,鑄件毛坯要求全部進行x光和熒光無損探傷檢查。
1.2主體框架鑄件鑄造工藝難點
(1)鑄件內(nèi)部質(zhì)量要求高,外形不規(guī)則,澆注系統(tǒng)設計難度大:
(2)鑄件為空框結構,外模和泥芯組合時比較困難,易掉砂,如果將外模加大,鑄件"皮縫"太厚,將給切割打磨帶來困難:
(3)鑄件中間的幅板將上下分開為兩個獨立部分,上部泥芯無處支撐,而且中間幅板厚大(厚18mm),容易出現(xiàn)鑄造缺陷。
2工藝方案
2.1澆注工藝方案確定
主體框架鑄件高度為32mmm,如果采用重力澆注及冒口補縮,高度將達到m40mm左右,金屬液流程太高,鑄件內(nèi)部質(zhì)量將不能保證。因此,決定采用兩只重疊后反重力澆注一差壓澆注,澆注系統(tǒng)采用縫隙澆道,金屬液流動平穩(wěn),鑄件質(zhì)量能夠保證。
2.2工藝難點的解決
(1)針對"鑄件內(nèi)部質(zhì)量要求高,外形不規(guī)則,澆注系統(tǒng)設計難度大"的特點,決定采用差壓澆注,確保鑄件質(zhì)量。m根縫隙澆道呈"十"字分布,垂直方向上的兩根橫澆道,僅在三塊水平位置板處與鑄件相連。因此,在兩板之間用一塊m0mm×10mm的板將其相連。
(2)針對"鑄件為空框結構,外模和泥芯組合時比較困難,易掉砂,如果將外模加大,鑄件‘皮縫'太厚,將給切割打磨帶來困難"的工藝難點,將鑄件的外模模具整體放大2mm,形成的"皮縫"易于切割打磨,在泥芯與外模配合時,將外模用水平尺調(diào)平,這樣外模和泥芯組合時就不會碰闖,不會掉砂,避免了鑄件的"夾砂"和"掉砂"缺陷。
(3)針對"鑄件中間的幅板將上下分開為兩個獨立部分,上下泥芯無處支撐,而且中間幅板厚大(厚18mm),容易出現(xiàn)鑄造缺陷"的工藝難點,根據(jù)鑄件的外形結構,將芯盒做了"特殊"設計:在鑄件的兩斜邊和對邊的縫隙澆道旁各加兩塊砂,將上下兩截泥芯連接起來,這樣,上部分泥芯就有了支撐。
3工藝試制
根據(jù)主體框架的研制方案,進行了工藝及工裝設計,做出芯盒及外模模具,外模采用濕砂造型,泥芯采用樹脂砂造型,在鑄件的壁板和上、下框內(nèi)圓面上擺放冷鐵,中間幅板下平面全擺放冷鐵。澆注參數(shù)如表1所示,澆注溫度:0157024℃。
為了防止中間幅板出現(xiàn)"溝槽"缺陷,在形成中間幅板上平面的上部泥芯上打出氣眼。
4試制結果
鑄件澆注完工后,進行熱處理,然后進行x光和熒光探傷,發(fā)現(xiàn)鑄件的中間幅板上有嚴重的"疏松""氣孔"缺陷。
5工藝改進
5.1缺陷產(chǎn)生的原因分析
5.1.1缺陷"疏松"產(chǎn)生的原因
(1)合金材料性能和熔煉操作原因。經(jīng)過對現(xiàn)場及原始記錄的檢查和分析,合金性能滿足要求,熔煉操作符合工藝要求。因此,這不是主體框架產(chǎn)生"疏松"缺陷的主要原因。
(2)厚大部位冒口設置不當,補縮不足。從主體框架的結構來看,中間幅板厚18mm,由于所處的位置,不便于擺放冒口,所以沒有設計冒口補縮。因此,這是主體框架產(chǎn)生"疏松"缺陷的主要原因。
(3)鑄件在鑄型中的澆注位置不利于順序凝固。從前述工藝方案來看,采用縫隙澆道澆注,合金液首先由直澆道進入立筒,然后再由立筒通過縫隙自下而上逐漸進入鑄型,合金液從立筒的底部引入并逐漸上升,其流動是十分平穩(wěn)的,立筒內(nèi)合金液面始終高于鑄型液面,在擋渣、排氣、補縮等各方面都有顯著的效果。因此,這不是主體框架產(chǎn)生"疏松"缺陷的主要原因。
5.1.2缺陷"氣孔"產(chǎn)生的原因
(1)澆注時合金液流不平穩(wěn)而將氣體卷入合金液中。從前述工藝方案來看,采用壓差澆注,澆注系統(tǒng)采用縫隙澆道,合金液流平穩(wěn)。因此,這不是主體框架產(chǎn)生"氣孔"缺陷的主要原因。
(2)冷鐵烘烤溫度或時間不足,或澆注時冷鐵表面有潮氣。經(jīng)過對現(xiàn)場及原始記錄的檢查和分析,冷鐵烘烤符合工藝要求,表面干燥。因此,這不是主體框架產(chǎn)生"疏松"缺陷的主要原因。
(3)澆注過程中,鑄型時排氣不暢。從主體框架結構來看,中間幅板將鑄型隔開,下部泥芯產(chǎn)生的氣體不易排除而留在其中,易產(chǎn)生"氣孔"缺陷。因此,這是主體框架產(chǎn)生"氣孔"缺陷的主要原因。
5.2工藝方案改進
從主體框架產(chǎn)生鑄造缺陷的原因分析來看,"疏松""氣孔"缺陷是由補縮不足和排氣不暢造成的,在鑄件中間幅板部位的上部泥芯上加冒口,對中間幅板進行補縮和排氣即可排除缺陷。根據(jù)主體框架的結構,冒口必須從上層幅板的穿孔中通過,如果采用的冒口過大,則冒口不易切割打磨,因此采用4只小40mm的小冒口對中間幅板進行補縮和排氣。經(jīng)工藝改進后,鑄件內(nèi)部質(zhì)量滿足技術要求。
6試制結論
經(jīng)采取特殊工藝方法和工裝設計,攻克了主體框架鑄件外形復雜、空框結構、內(nèi)部質(zhì)量要求高等工藝難點,生產(chǎn)出外形尺寸和內(nèi)部質(zhì)量都符合技術要求的鑄件。針對主體框架鑄件的工藝攻關,得出如下結論:
(1)主體框架試制過程中采用的工藝方法合理,工裝設計正確:
(2)采用壓差澆注的工藝方法合理,參數(shù)正確,能夠指導生產(chǎn)過程:
(3)試制生產(chǎn)的主體框架經(jīng)x光和熒光探傷,內(nèi)部質(zhì)量符合技術要求:
(4)經(jīng)劃線檢驗和機加工后得出結論,主體框架的外形尺寸符合技術要求。
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