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1、机车电刷架的熔模铸造国营扎兰屯纸浆厂 吴成玉摘要：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。主题词：电刷架 硅溶胶型壳 雨淋式浇注系统大连市正力精密铸造厂承接一批国外订购的高速电力机车归线电流接地装置的电刷架，设计要求制成品具有使电刷保持，摺动和持续供电的机能，要求铸件具有高强度，高导电性能，因此材质选用ZCuAe10Fe3NiMn铝青铜。同时要求铸造表面粗糙度为Ra6.3，铸件表面和内部不准有气孔，砂眼和夹渣等缺陷。在机械加工表面也不许有气孔、砂眼，并要对铸件内在气孔进
2、行X射线检查。根据对外商提供的图样、样件、文件资料分析，该件结构复杂，尺寸精度要求高，铸造难度大，因此针对其结构特点，确定采用硅溶胶型壳工艺，雨淋式浇注系统和冒口补缩，经多次反复试验，使生产工艺得到稳定和完善，产品质量完全达到了设计标准。 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
3、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
4、各组元比例为：F直:F阻:F横:F内=1:0.9:1.9:1.6。冒口尺寸（长宽高）=422024mm。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
5、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(m)。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
6、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 表1涂料组成名 称指标参数硅溶胶(Sio2)=30%/kg10锆英粉(320目)/kg36-40润湿剂/mL16消泡剂/mL12技术指标涂料密度/(g/cm3)2.7-2.8涂料粘度/s321 3.2.2硅溶胶型壳制壳工艺按表2进行 表2层 次涂 料撒 砂干燥硬化/n环境温度/相对湿度/%面 层硅溶胶涂料锆英砂100/120目624265二 层硅溶胶涂料煤矸石30/60目824265三至五层硅溶胶涂料煤矸石16/30目122425
7、0封浆层硅溶胶涂料1424250 3.2.3脱蜡与焙烧 型壳制成后停放1624h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600700） （2）加料：在坩埚底先加入1%的复盖剂（玻璃屑50%+碳酸
8、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12401260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22.5%。 （5）进行炉前试验，如含气试验不合格，则加入0.20.4%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（0.20.3%）清洁合金，准备浇注。 4.2浇
9、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500600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11601180。 （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
10、性能试验后b 563Mpa，16%，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。 参考文献 1.中国铸造协会编 熔模铸造手册 北京 机械工业出版社 2000年9月 2.吴成玉 铝青铜平衡环的金属型铸造 中国铸机 1993（3） 3.中国机械工程学会铸造专业学会编 铸造手册第5卷 铸造工艺 北京 机械工业出版社 1996年4作者简介：吴成玉，高级工程师，1966年毕业于吉林工业大学，至今从事铸钢、铸铁、有色合金的铸造工艺和工厂设备设计工作30余年，先后在“中国铸机”、“特种铸造及有色合金”、“起重运输机械”及“轻工机械”杂志上发表科技学术论文20余篇。 电 话：0411-3141306 传 真：0411-3129444（代收） 通讯地址：普兰店市商业大街110栋 健民药房 王长柱代收 邮 编：116200
