精密铸造件在零件加工中的应用

万中发

摘 要：本文通过在飞轮零件制造中采用精密铸造的失蜡模造型工艺，铸造出尺寸和外形一致的精密毛坯件，使切削加工操作只需用少量的精加工切削，提高了生产效率。

关键词：失蜡模 精密铸造 切削加工

飞轮零件（如图1）一般的加工方法是选用圆棒料车削加工达到图样要求，用圆棒料加工飞轮不尽加工余量大，而且在加工过程中需要频繁更换刀具，既增加操作者的劳动强度，又降低了生产效率；另一种方法是用锻件坯料，虽可降低材料用量，但由于锻件毛坯锻造误差大，切削加工余量也相应较大，而且锻件在锻造过程中劳动强度大、锻造成本高，这种方法对切削加工效率也无明显提高。

图1

该零件（材料65Mn）为批量生产，需要提高生产效率，降低生产成本。

一、选择模具类型的思路分析

1.锻造模

在锻造成型中一般的锻造模不能满足要求，如果采用精密锻造模就必须要制造出坯料粗锻模和一套整形模，还需要制造一套切边模，而且零件的φ20mm孔在锻造时不便成型。

2.热挤压模

虽然热挤压模的成型性能较好，但是对用料的要求较高（毛坯用料误差要求高），否则会造成毛坯成型后薄厚不一，同样需要制造切边模进行切边。

以上两种模具的最大弱点是只适合单件生产，生产效率低，无法满足大批量生产的要求。

3.失蜡模

选用失蜡模精密铸造成型的优点有：（1）模具造型可一模二出或一模多出；（2）适合批量生产，能满足大批量生产的需要；（3）精密铸造零件的尺寸、形状稳定一致，在机加工时可采用定型件操作工艺加工，减少对刀、测量等辅助时间，能有效地提高加工效率；（4）精密铸造零件可实现加工余量最小、用量最省的目的，除预留极少的切削余量外，不会造成材料的浪费；（5）失蜡模对材料的要求没有像锻造模、热挤压模那样高；（6）65Mn材料性能稳定，采用失蜡模铸造该零件比较适合材料的性能特点。

根据以上比较，我们选用失蜡模精密铸造该零件的坯料既经济实用，又能满足该零件的各种技术要求。

二、模具设计

该产品每个面均需要经过切削加工才能达到表面粗糙度值Ra3.2。Ra3.2粗糙度值经过精车即可保证，故在模具设计时要将每个加工面的余量放大0.5mm（单边）。φ20mm孔内表面粗糙度值Ra1.6，用车削加工难以保证其表面质量，故φ20mm孔留1mm余量（单边）。精车后由磨削加工保证φ20mm孔的尺寸精度与表面粗糙度要求。8-φ10mm孔的成型在模具设计时不予考虑。模具设计思路基于以下几点。

第一，失蜡模铸造是一种精密铸造工艺，其尺寸与形状在铸造过程中处于一种稳定的状态，不会产生崩形、变形等。

第二，失蜡模铸造件的表面总会产生型砂微细颗粒形成的粗糙表面，这种表面不能满足图样表面粗糙度值Ra3.2的要求。留有0.5mm的精车余量既可以保证每个加工表面对粗糙度的加工要求，又能使每个加工表面都有充足的加工余量。

第三，65Mn材料的铸造件在机械切削加工前要进行退火处理，而且不存在由于表面层硬化而造成不利于切削的情况。

第四，8-φ10mm孔和键槽在模具设计时可以不考虑，主要是基于模具的制造成本及模具的制造难度和与机加工工艺相比的性价比问题。

三、模具的结构组成

模具结构（见图2）。

1.模具组成及作用

（1）在底板上安装一个推料套，当把底板上的活动垫板拿掉后，推压下型芯板，推料套可将蜡型从型腔中推出。同时，模具两侧的活动螺栓可以达到锁紧模具的目的。

（2）在下型芯板上形成飞轮的背部斜锥与台阶尺寸，并且作出注蜡口。

（3）在上型芯板上加工出与台阶孔相对的飞轮零件外锥体部分，安装零件内孔成型的活动芯轴，并作出注蜡口。

（4）活动抽芯的上端在上型芯板孔中滑配，下端与推料套孔作间隙配合，以确保与成型件的位置精度，当型腔注满蜡后，可以将其手动抽出。

（5）锁紧装置由螺母与螺栓组成，螺栓与底板之间采用铰链式活动连接，当活动垫块、下型芯板、上型芯板依次在底板上装配组合后，螺母在螺栓上旋紧即可锁紧整个模具。

2.蜡型成型过程与特点

（1）注蜡嘴与上型芯板注蜡口锥型孔锥面相吻合。注蜡使型腔充满蜡料达到成型的目的，待液态蜡冷却成固态蜡型后，抽出活动抽芯，松开锁紧螺母，拿出上型芯板，割断注蜡口余料，抽出活动垫块，把下型芯板向底板方向下压，推出蜡型（毛坯型）。

（2）模具设计为一模二出型，可提高造型工作效率1倍。成型后的坯型各项尺寸精度、形位精度较好。

四、节约用料的经济估算

1.用圆棒加工时每件耗料

W=πr2hg=3.14×47.52×38×7.8×10-6=2.1（kg）

2.用锻件加工时每件耗料

W总=W净+30%W净

W净=π[r12h1+（r22+r2r3+r32）h2/3+（r32+r3r4+r42）h3/3-（r42+r4r5+r52）h4/3]g

=3.14×[17.52×10+（342+34×46.5+46.52）×12.3/3+（46.52+46.5×33.5+33.52）×12.8/3-（33.52+33.5×28.5+28.52）×5.1/3]×7.8×10-6=0.95（kg）

W总=W净+30%W净=0.95+30%×0.95=1.24（kg）

3.用失蜡模精密铸造时每件耗料

W总=W净-W孔

W孔=3.14×92×35×7.8×10-6=0.07（kg）

W总=W净-W孔=0.95-0.07=0.88（kg）

根据计算结果得出：用失蜡模精密铸造时每件耗料最低，经济效益最好。

现场统计得出，在普通车床上用圆棒每班每人加工12件，锻件加工每班每人可以加工20件，用精密铸件加工每班每人可加工80～100件。实践证明，用失蜡模精密铸件加工是圆棒料加工效率的6～8倍、锻件料的4～5倍。

（作者单位：广东省惠州市技师学院）