熔模铸造蜡模缺陷分析与案例——气孔、缩陷与裂纹

老翻砂匠

    熔模铸造蜡模缺陷分析与案例——气孔、缩陷与裂纹
         作者：潘玉洪／朱伟杰

   缺陷分析就是鉴别缺陷，找出缺陷产生的主要原因，进而提出消除或防止铸件产生类似缺陷的措施。

  通过产生缺陷---分析---解决---提高，再产生缺陷---再分析---再解决---再提高，周而复始地循序渐进，促进了铸造技术的不断进步和发展，促进了铸件质量的不断稳定和提高。
　　如何准确的鉴别缺陷类型、精准的分析缺陷产生的原因，找出解决缺陷的对策，是企业“低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续”的绿色发展之路，是企业提高效益的必由之路。
　　当前的熔模铸造企业，尤其是中小企业的技术人员严重缺失、断层；对减少、预防熔模铸造缺陷缺少思路、缺少方法、缺少经验；已经严重的制约了企业的竞争力、效率和效益，成为企业发展的瓶颈。
　　蜡模（也称“熔模”）制作是生产中的第一道、也是重要的一道工序，是获得优质铸件的首要条件。蜡模产生缺陷，浪费了制模的人工费用、生产时间和有效的资源；不合格的蜡模流入制壳工序，甚至浇注工序，产生了不良品。会增加工厂的生产成本、交货期，影响企业的信誉和经济效益。因此，应重视和解决蜡模缺陷。
　　压制熔模是用模料经过配置、压制、冷却、修模和组焊等工序组成，如图1：

                               
登录/注册后可看大图

图1  熔模制造主要工艺流程图

　　当前，压制蜡模广泛使用蜡基低温模料，或中温蜡料（如K521）。一般情况下，蜡模存在气孔、缩陷和裂纹等13种缺陷。现分述如下：

  一．气孔
  1．缺陷特征
　　蜡模的局部表面上，留有表面光滑的气穴，如图1所示。

                               
登录/注册后可看大图

图1  气孔

   2．产生原因
  （1）配置蜡料卷入过多的气体，没有充分回性处理。
　　生产中，配置低温蜡料常采用化蜡、刨蜡片、搅蜡膏和回性四个工序，常选用螺旋式叶片搅拌机搅拌蜡料（或“蜡膏”）。在搅拌蜡料的过程中，不可避免地卷入很多气体；并且随着搅拌机转数的增加，卷入的气体越多。尤其是蜡料搅拌后，没有进行充分的回性处理，使卷入的大量气体从蜡料中溢出，而是仍然残留在蜡料中。
  （2）注蜡孔的位置不当，注蜡过程中卷入气体。
　　注蜡孔的位置设置不当，使蜡料在注入型腔的过程中产生涡流，卷入了过多的气体。
  （3）压型设计不当，不利于型腔排气。
　　蜡料充满型腔的距离太长，并且型腔排气不良。
   3．防止措施
  （1）严格遵守蜡料配置工艺和操作规程。
　　配置石蜡—硬脂酸蜡料时，注意加料顺序，即先加硬脂酸，待其全部熔化后再加入石蜡或回收蜡，加热至全熔状态，其温度≤90℃。开始搅拌时，搅拌机的转数可以高些（如400r/min），蜡料温度升高后，可以降低搅拌机的转数（200~300r/min）。蜡料搅拌合适后，要进行回性处理，时间在0.5h以上，使卷入蜡料中的气体充分溢出。
  （2）改进注蜡孔的位置，避免蜡料在型腔中产生紊流。
　　注蜡口最好设置在内浇道或有加工余量的表面上，尺寸应与压蜡机的注蜡嘴匹配；注蜡口应确保蜡料以最短的距离、平稳充满型腔，并且不产生紊流。
  （3）改进压型设计，以利于排出型腔中的气体。
　　改进压型的设计，有利于排出型腔中的气体；必要时增设排气孔。
   二．缩陷
   1．缺陷特征
　　蜡模肥厚处出现局部收缩产生的凹陷，如图2所示。

                               
登录/注册后可看大图

图2  缩陷

   2．产生原因
  （1）蜡模的厚大处（凹陷处）补缩不足。
　　蜡模的注射压力是制模工艺的主要参数之一。注射压力小使蜡模的厚大处（凹陷处）的收缩率大，当得不到充分的补缩时，该处产生缩陷。
　　保压时间是制模工艺的另一个工艺参数。蜡料充满压型型腔后，保压的时间不足，使蜡模的厚大处（凹陷处）的收缩率加大，当得不到充分的补时，造成该处蜡模缩陷。
  （2）蜡模的注入量不足，补缩不充分。
　　注蜡孔小，或位置不当，或注蜡的压力小时，注入压型型腔的蜡料量不足，当蜡模厚大处（凹陷处）得不到充分的补缩时，造成该处蜡模缩陷。
  （3）蜡模的壁厚差过大，不利于补缩。
　　蜡模的结构设计的不合理，壁厚差过大，不利于补缩。
  （4）注蜡时蜡料的温度过高，或压型的温度过高，或两者都高。
　　蜡料温度高，或压型温度高，或两者都高，使蜡料的收缩率增大；当得不到充分的补缩时，而产生缩陷。
  （5）蜡料的收缩率较大。
　　生产中使用石蜡-硬脂酸蜡料，常用58～62℃（即58号～62号）白石蜡和一级三压硬脂酸，新配置料时，各占50%。58号白石蜡的收缩率就大于62号白石蜡。石蜡-硬脂酸蜡料比石蜡-低分子聚乙烯蜡料的收缩率大。
   3．防止措施
  （1）增加蜡料的补缩能力。
　　压制蜡模时，注射压力一般选用0.2～0.5MPa。适当的提高注射压力不仅增加压型中蜡料的密度，而且可以降低蜡料的收缩率。适当的增加保压时间，一般选用（3～10）s或更长；同样可以减少蜡料的收缩率，增加蜡料的补缩能力。
  （2）加大蜡料的注入量，增加补缩能力。
　　适当的加大注蜡孔的截面，增加单位时间内的蜡料注入量；或改变注蜡孔的位置，使蜡模的壁厚处得到充分的补缩。
  （3）改进蜡模结构使其壁厚尽量均匀。
　  在可能的情况下，尽量使蜡模的壁厚均匀；必要时，在蜡模的肥厚处放置预先制好的冷蜡块（也称“蜡芯”），再注入蜡料形成蜡模。应根据蜡模的大小和形状，可以局部或整体放置冷蜡块。冷蜡块应该用锥形的凸台在压型中定位。凸台的高度应该根据零件的大小予以确定，一般控制在2～3mm。冷蜡块使用的蜡料应与蜡模的蜡料一致。
  （4）注蜡时，控制蜡料和压型的温度。
　　注蜡时，对于低温蜡料一般选用蜡料温度T=48～52℃，压型的温度T=18～25℃为宜；对于中温蜡料一般选用蜡料温度T=52～60℃，压型的温度T=20～24℃为宜。
  （5）选用收缩率较小的蜡料。
　　如当选用62℃白石蜡代替58℃白石蜡时，减少其收缩率。或提高蜡料中石蜡的含量5～10%，即55～60%，也可减少蜡料的收缩率。或采用60℃白石蜡（含量95%）与低分子聚乙烯（含量5%）配制的蜡料，其收缩率约为1%，较低。
   三．裂纹
   1．缺陷特征
　　蜡模局部裂纹，常出现在蜡模的分型面，如图3所示。
   2．产生原因
   （1）蜡料的收缩率大，塑性差。
　　采用58℃精白蜡或白石蜡与一级三压硬脂酸按照各50%配制蜡料时，蜡模的自由收缩率约为2%。当蜡料中硬脂酸的含量大于80%时，其韧性、塑性都差。易引起蜡模产生裂纹。
   （2）压型，或制模间，或冷却水的温度过低。
　　压型的温度过低，或制模间的温度过低，或冷却水的温度过低，导致蜡模冷却过快，当蜡模收缩受阻时，易产生裂纹；或蜡模在压型中冷却的时间过长（即起模时间过长），导致蜡模收缩受阻时，易产生裂纹。

                               
登录/注册后可看大图

图3  裂纹

   （3）蜡模结构/压型设计不合理。
　　蜡模结构/压型设计不合理，蜡模的壁厚不均匀，厚薄过度部分的圆角太小或呈尖角，当蜡模收缩受阻时，在其薄弱部位产生裂纹。
   （4）操作不当。
　　起模方法不当，或抽取芯棒的时间太晚，造成蜡模产生裂纹。
   3．防止措施
   （1）选用收缩率较小的蜡料。
　　对于低温蜡料，当选用62℃白石蜡代替58℃白石蜡时，可以减少其收缩率。或提高蜡料中石蜡的含量5～10%，即55～60%，也可减少蜡料的收缩率。或采用60℃白石蜡（含量95%）与低分子聚乙烯（含量5%）配制的蜡料，其收缩率约为1%，较低。
   （2）控制压型、制模间和冷却水的温度。
　　对于低温蜡料压型的温度控制在18～25℃，中温蜡料压型的温度控制在20～24℃为宜。制模间的温度应控制与压型温度一致，冷却水的温度也应控制与室温一致；必要时制模间应安装空调，温度控制在20℃为宜。
   （3）改进蜡模设计（即压型设计）。
　　改进蜡模设计，尽量使其壁厚均匀；壁厚不均匀应圆角过度（过度圆角应为“两个相邻壁厚之和”）的“1/5~1/3”）；必要时可以增加工艺筋，把蜡模收缩时的应力降到不产生裂纹的程度。
   （4）严格执行操作规程。
　　改进起模方法，必要时增加起模装置，避免蜡模在起模过程中产生裂纹。
　　严格控制蜡模冷却时间，一般为10～60min。蜡模冷却后应及时取出随蜡模一起冷却的芯棒，使其不能阻碍蜡模的收缩。
       （来源：中国铸造协会）

我本善良

大赞，这是以前姜老师主持编著的。国内第一个针对于石蜡精铸的缺陷分析

njrzm

我本善良 发表于 2018-12-10 18:51
大赞，这是以前姜老师主持编著的。国内第一个针对于石蜡精铸的缺陷分析

姜老已走了有五年了吧，中国铸造届最权威的宗师！

我本善良

njrzm 发表于 2018-12-10 19:26

                               
登录/注册后可看大图

姜老已走了有五年了吧，中国铸造届最权威的宗师！

是的，中国的精鑄有她的一份功劳！！！

铸造小狗

我本善良 发表于 2018-12-10 22:19
是的，中国的精鑄有她的一份功劳！！！

我的《特种铸造》教材就是姜老师编著的。

scjd888

感谢分享，点赞

铸造小虎

不错，学习学习，精密铸造我已经扔了好多年了，这些年都是做的砂型铸造

铸造小狗

铸造小虎 发表于 2018-12-11 07:15
不错，学习学习，精密铸造我已经扔了好多年了，这些年都是做的砂型铸造

精铸也做过啊？！

铸造小虎

铸造小狗 发表于 2018-12-11 07:53

                               
登录/注册后可看大图

精铸也做过啊？！

20年前做过一段时间，最小的几克，大的100多公斤

铸造小狗

铸造小虎 发表于 2018-12-11 09:56
20年前做过一段时间，最小的几克，大的100多公斤

那也算是很有造诣了！

njrzm

我本善良 发表于 2018-12-10 22:19
是的，中国的精鑄有她的一份功劳！！！

永远怀念姜老，但愿姜老的精铸事业永远发扬光大！

孤独寒松

感谢楼主的积极奉献！