zcuh-fel-mn-zr电刷架铸造工艺

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大连正立精造厂接受了国外委托的高速电力机车的回家电流接地安装了电刷架。本工程所需的电刷架应具有保护、折叠和连续供电的功能。由于铸造材料具有高强度和耐磁性，因此采用zcual10fe3nin铝磷。同时要求铸件表面粗糙度为Ra6.3,铸件表面和内部不能有气孔、砂眼和夹渣等缺陷。在机械加工表面也不允许有气孔、砂眼,并要对铸件内在气孔进行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。针对其结构特点,确定采用硅溶胶型壳、雨淋式浇注系统和冒口补缩等工艺。经过多次反复试验,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浇注系统设计从铸件结构分析,该件基本形体由法兰和异形筒体组合为一体(见图1),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相结合: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,自上而下充满铸型,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到补缩,为铸件创造了定向凝固的有利条件。图2为铸件工艺图。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。浇注时合金液充满直浇道,由阻流直浇道进入截面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,既有利于挡渣,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直:F阻:F横:F内=1:0.9:1.9:1.6。冒口尺寸(长×宽×高):42mm×20mm×24mm。2压结构的设计2.1表面电刷孔铸件加工余量:上表面+2.0mm,下表面+1.0mm,电刷孔-0.5mm。综合收缩率:自由收缩外圆2.5%,受阻收缩内圆1.8%,高度收缩率2.5%。2.2内腔及冒口的定位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。压型的角度定位由圆销定位,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。3制模制壳工艺3.1合型蜡模的制备蜡模采用蜡基模料,制模时按下列参数进行操作: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涂料配制组成及性能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、材质等要求按上述工序多次重复,达到要求为止。涂料配制组成及性能见表1。型壳制成后停放16～24h以上方可在脱蜡釜中蒸汽脱蜡,脱蜡温度170℃,工作压力0.7MPa,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,以烧掉残余蜡料、水分及其挥发物。焙烧温度控制在950～1050℃,为使型壳烧透,保温时间应>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金属精炼和注入工艺4.1回炉料的制备铝青铜是易氧化易吸气的合金,要快速熔炼,严密覆盖,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%的覆盖剂(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)和同牌号回炉料。有熔池后再加入1%覆盖剂。(3)逐步升温到1240～1260℃,适当搅拌炉料,在弱氧化性气氛中快速熔化。(4)待炉料完全熔化后,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%的脱水氧化锌去气精炼。(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过低,浇除对比(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)注意观察,如发现浇口收缩下凹明显,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控制范围及力学性能铸件质量检测主要从化学成分、力学性能和X射线检查三个方面进行。化学成分化验结果为:86.4%Cu,9.2%Al,2.94%Fe,0.68%Ni,0.66%Mn,均在规定控制范围之内。力学性能如下:σb:563MPa,δ:16%,硬度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确立雨压铸造系统及浇注系统(