巴氏合金十字头浇注气孔缺陷的改进
2015年1月19日 16:34 作者:王建国 宝鸡航天动力泵业有限公司 陕西宝王建国 宝鸡航天动力泵业有限公司陕西宝鸡 712000
【文章摘要】
针对传统浇注存在的问题，本文提出采用静态人工浇注的方式，通过对模型温度控制，采用竖直浇道等方法，从而减少了产品的缺陷。
【关键词】
巴氏合金十字头；温度控制；缺陷
针对以往采用静态人工浇铸。由于巴氏合金在熔化、冷却过程中，吸、放气体的规律性及合金流动性很难掌控，合金固态组织中都会不同程度存在气孔缺陷。长期来，成品质量很差，影响着公司产品的发展。同时十字头上的巴氏合金工作面，为外圆柱面，成品单边厚为2.5 ～ 3 mm（见图1）。不能采用离心浇注这一成熟的工艺方法。
图1 十字头与合金层
通过统计在生产中，其一次成品率为20% ～ 30%；气孔缺陷占缺陷件的70% ～ 80%，修复工作量和难度大，修复质量差。使得合金损耗、能源、人力浪费很大。如有一批3DS6G 十字头，共30 件，其中18 件加工中合金组织出现气孔，修补工作反复了多次，前后用了一周时间，仍有多件十字头没有达到图纸要求。给正常生产增加了额外的工作量。
1 巴氏合金十字头浇注改进的提出
对此，我们提出采用巴氏合金十字头进行改进。巴氏合金十字头以高效率、高可靠性，已广泛应用于我公司3DS、3ZB、5ZB、3DS6G 等产品（见图2），并在部分产品运行中起到不可替代的作用，以前公司巴氏合金十字头浇注，主要依靠外协— 成本高、供货时间、供货质量均无法保证，成为了公司发展的一项卡脖子工序，为此我们成立了技术攻关小组探讨、研究巴氏合金十字头浇注方法。
经过2011 年的几十次反复攻试验完成了十字头巴氏合金浇注，通过100 余件的试验样品加工效果得到公司肯定和应用。第二年我们针对巴氏合金浇注气孔较多的行业难题，我们又进行了大胆攻关。
2 改进目标设定
基于以上几方面的情况，我们决定将“创新工艺方法, 消除巴氏合金浇注气孔缺陷”作为研究的主题。运用新的工艺的方式、方法，对气孔缺陷的形成过程进行因果分析，指导浇铸，以提高巴氏合金浇铸成品率。
3 缺陷影响因素分析
我们对巴氏合金浇铸中产生和影响气孔的因素进行分析（如图5）。
在实践中我们认为金属熔化时吸收气体，而在冷却过程中放出气体，是客观存在的，不可避免。对此，通过上述的原理分析，合金液浇铸方法和模型工作温度的
图3 5ZB 系列产品
图2 3ZB、3ZS 系列产品
图4 3ZJ、3DS 系列产品019
实验研究
Experimental Research
电子制作
控制为主要的因素。浇铸方法上，过去用采的合金从浇包直接浇入型腔的方法有飞溅现象。使得刚刚经过静置的合金液又重新溶入或卷入了气体，是气孔产生的主要原因。模型预热温度，合金浇铸温度、冷却速度对气体充分逸出也有重大影响，是次要原因。
4 巴氏合金十字头浇注工艺改进
4.1 模型工作温度的控制
由于浇铸模型实体热容量小，与空气接面积大，热能散失快，受外界温差影响较大，产生很大的激冷作用，没有形成顺序凝固，不利于气体充分逸出。为此，我们调整模型预热温度至300℃～ 380℃ ，浇铸后采用了火焰加热、保持模型上段区域温度。使冷却过程形成由下、上的顺序冷却，使气体向上部集中。
4.2 采用竖直浇道，使合金液浇注更平
改进前，合金开放的型腔口直接浇入，会产生涡流、飞溅现象，这使刚刚经过静置的合金液又重新溶入或卷入了气体。为此我们用铁皮自制了竖直浇道（见图6），让合金经过浇道注入型腔底部。浇道的相关尺寸符合铸造规范要求。经过多次试验表明，合金液流动平缓，能避免合金液与空气的接触和涡流、飞溅现象，合金组织中气孔缺陷也大大减少。
4.3 合金熔化温度的控制
充分的熔化温度，能提高流动性、有利于杂质上浮，有利于气泡的排出和增强合金与基体的粘合性，能充分提高十字头浇铸的内在质量和表面质量。通过反复试验，将合金液温度控制在450℃～ 480 ℃， 大大减少了气孔出现。
5 效果检查
通过上述工艺的改进，可得到如表1 所示的效果对比。
同时通过本次对工艺的改进，改变了以往大量修补返工的现象，一次成品率大大提高。达到了预期目标。结果在生产中得到了落实。已实现了小组的目标（如图所示）。其效果在2012 年6 月份---2013 年12 份3DS6G、3ZS、3ZB90、5ZB220、5ZB400 等型号泵的生产中得到了充分体现，具体如表2 所示。
6 总结
总之，通过本次改进找到了合金浇注过程中产生气孔缺陷的主要原因和解决办法，有效地提高了一次成品率。同时作为公司产品中的关键件，通过本次工艺改进，不但提高了产品质量，还提高了产品运行的可靠性，降低了生产成本，为公司发展做出了突出的贡献，先后受到航天动力总公司和航天泵业公司表彰和奖励。
但是随着新材料、新方法的不断应用，合金浇铸方法将不断推陈出新。所以在今后生产实践中，我们还将继续运用这种群众性的活动，认认真真做好合金浇铸每一个细节，使工序质量提升到一个新高度。
【参考文献】
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图 5 气孔缺陷因果分析图
表1 主要因素调整效果对比
图6 竖直浇道
表2 改进前后后产品合格率统计020
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