精加工中铸造缺陷的修复研究

王建英

(许昌烟草机械有限责任公司，河南 许昌 461000)



精加工中铸造缺陷的修复研究

王建英

(许昌烟草机械有限责任公司，河南 许昌 461000)

由于缺少高灵敏度的X光探伤设备，铸件粗加工去除余量有限，致使精加工中经常遇到小孔内有气孔、夹砂和裂纹等铸造缺陷,给产品质量控制带来很大威胁。针对精加工中发现的对零件强度和精度影响不大的铸造缺陷，包括非滑动面上小范围分布的气孔、夹渣等缺陷；零件因错箱、收缩等缺陷导致个别孔位无法正确加工；非加工方框和槽转角处的单一裂纹等进行了修复研究，对提高产品质量、保证生产进度和降低成本有重要的意义。

精加工；铸造缺陷；补救措施

1 铸造缺陷简介

铸造缺陷是指在铸件的生产过程中，因受铸件材质、零件结构、型砂类型、合箱方式、浇注方式和环境等方面的影响，在铸件内部和表面形成了气孔、夹渣、夹砂、裂纹、变形、收缩、错箱等影响铸件内在和外观质量的现象[1]。

铸造箱体和机座类零件结构复杂，质量和体积较大，精度要求高，且其不均匀性大，局部变薄、增厚的现象比较普遍，并受单件、小批量生产模式的限制，使铸造缺陷发生频率较高。目前，对毛坯和粗加工阶段的铸造缺陷的处理相对来说比较简单，主要是对缺陷部位进行破除、清理，然后根据不同的铸件材质和缺陷部位选择合适的方式进行焊补，必要时辅以适当的热处理工序消除应力、降低焊缝硬度以及修正铸件变形；而流入精加工工序的铸造缺陷的处理难度会明显加大，由于铸件缺陷的不确定性以及焊补过程中大量热量会引起相关已加工部位产生变形，越到最后工序，可选择的补救措施也会越小。本文针对精加工中发现的对零件强度和精度影响不大的铸造缺陷的修复进行研究。

2 铸造缺陷的修复

精加工中发现的对零件强度和精度影响不大的铸造缺陷主要有如下几个方面：1)非滑动面上小范围分布的气孔、夹渣等缺陷，包括零件基准面、定位面以及较大的定位孔内部，但不影响零件尺寸和几何公差的；2)零件因错箱、收缩等缺陷导致个别孔位无法正确加工，具体表现为位于铸件边缘和非加工方框边缘的孔因材料不足而出现半孔，甚至完全钻不上，以单孔居多，2个以上的组孔也较为常见；3)非加工方框和槽转角处的单一裂纹。

本文分别以灰口铸铁和铸造铝合金为主进行讨论。

2.1 非滑动面上小范围分布的气孔、夹渣类缺陷

由于此类缺陷不影响其他部位的正常加工，以前主要用油漆腻子和粘结剂进行填补、砂光，处理后填补部位强度不高，颜色与本体差异较大，影响零件外观质量。针对这种状况，在充分调查、对比的基础上，选用可赛新工业修补剂进行修复。可赛新金属修补系列产品是以金属及合金为骨材的聚合金属复合型修复材料，它具有如下特点：1)耐磨损、耐腐蚀；2)与金属结合强度高；3)施工工艺性好；4)修复后颜色与本体一致；5)固化无收缩，外观较好。

根据产品情况，选用TS101聚合铁铸造缺陷修补剂用于灰铸铁的处理，选用TS113聚合铝修补剂用于铸造铝合金的处理，这2种修补剂均分为A主剂和B固化剂2种组分。修补步骤如下。

1)表面处理。待填补表面必须用角向砂轮或砂布等打磨粗化，旋转面最好车出细螺纹，打磨或加工深度应>1 mm，然后用天山1755清洗剂清洗粗化表面，待修表面不允许有任何油污。

2)混料。严格按规定的配料比将本剂A和固化剂B充分混合，使颜色完全一致。其中,铸铁件按A∶B=2∶1进行混合，铸铝件按A∶B=6∶1进行混合。

3)涂敷。将混合好的修补剂涂于待修表面，可先涂少许，用刮板或胶刀反复按压，待充分浸润后再涂其余修补剂，留出余量以便后续加工。

4)固化。一般情况下，25 ℃时4 h初硬，16 h后进行各类机械加工。对关键部位可采用在80～100 ℃条件下保温4 h，这不仅能缩短固化时间，还可获得最佳的涂层性能。

5)加工。可根据零件实际情况及精度要求选择铣削或钳工修锉、砂光。

2.2 零件因错箱、收缩等缺陷导致个别孔位无法正确加工类缺陷

此类缺陷多出现在大型箱体类零件和机座类零件上。由于零件结构复杂，各部位间过渡造成局部壁厚变化较大，加上零件质量偏大，这就决定了其铸造工艺比较复杂。首先表现为砂型复杂，各砂型之间的配合及其相对位置不易控制，尤其是单件生产时手动合箱很容易使上、下箱产生位置偏差；其次，由于零件质量偏大，铸件浇注时间较长，极易受外界环境因素的影响，因而铸件产生错箱、收缩和浇不足等缺陷的机会增多，而其成品中许多加工部位同非加工面的相对位置要求较严，表现为几何尺寸较小，个别孔位无法正确加工的现象比较常见。

在铸件和半成品的流转过程中很多缺陷不能及时发现，主要原因有：1)在铸件检查过程中，考虑零件全局和注重大方向的检查较多，对零件细节重视不足；2)在粗加工撩划线时，常常会因为铸件存在变形以及局部位置偏差而人为地“借毛坯”；3)在基准面粗加工中，校线精确度不够高，铣削过程中不能均匀地留足粗加工余量；4)经热处理后零件仍有适量变形，进入精加工阶段时存在“借毛坯”以及各基准面不能做到等余量铣削。受这些因素的综合影响，零件加工面与非加工型面间经常会产生一定的偏移量，从而导致非加工方框、型腔周围的小孔不能正常加工。

针对上述缺陷情况，常见的补救措施是进行焊补处理，但是这种处理方式有许多不良影响，主要表现为：1)焊补时多为断续操作，焊补部位的质量不高，容易出现焊接气孔，材料致密度呈现不均匀性，在孔的加工中引起圆度和垂直度超差；2)焊接多为手工操作，加工中焊缝位置不能严格控制，导致其轮廓度不佳，重新加工孔时孔周围材料分布不均匀，单边现象较为严重，影响零件外观质量；3)铸铁件焊后冷硬现象比较严重，造成加工困难，影响孔的内在质量，尤其是螺纹孔加工时极易产生断丝锥现象[2]。

为了消除上述质量缺陷，通过查阅资料，不断进行对比试验，逐步形成了合适的缺陷处理方式——镶配辅料配合焊补。具体步骤如下：1)加工中发现钻不上的孔和螺纹孔时，先让操作工在孔的正确位置用两牙铣刀在零件本体上铣出一段圆弧面，圆弧面直径应比图样的标注尺寸大6 mm，轴向尺寸参照孔深铣准，拆下零件等候后续处理；2)根据已加工圆弧面的尺寸配作与零件本体材料相同的柱销，其中柱销一端应保持尖角；3)将柱销同圆弧面相配合、对齐，若所加工圆弧面小于等于半圆时，需用502胶将二者固定；4)在柱销与本体相交部位沿轴线进行焊补，铸铁件采用气焊方式，铸造铝合金采用氩弧保护焊方式进行，同时要注意焊缝不应超出零件端面；5)钳工修整；6)重新装夹零件，完成孔的加工。

对比传统的焊补方法，这种缺陷处理方式的优点是：1)铣刀加工的圆弧面保证了孔的位置精度，返修后孔的壁厚均匀，外观较好；2)焊接简单，焊补量较少，零件起热变形不明显，焊缝平直，易修整；3)铸铁件可视情况先将孔和螺纹加工好以后进行焊补，避免了冷硬现象对孔加工的不良影响。

2.3 非加工方框和槽转角处单一裂纹类缺陷

由于内应力的存在以及清砂后铸件各部位冷却速度不同，铸件极易产生细微裂纹，尤其是零件厚度变化较大的部位，以非加工方框和槽转角处较为常见，再加上后续粗加工以及热处理的影响，原有裂纹会进一步发展，同时也会产生新的裂纹[3]；因此，在铸件的精加工中，如何有效地采取适当的补救措施成为确保产品质量和生产进度的重要影响因素。

在裂纹的处理过程中，经常采用的处理方式有2种：1)工业修补剂进行粘补，适用于周围孔精度要求较严而不宜焊补的部位；2)开坡口进行焊补处理，适用于缺陷部位无精度要求较严的公差孔等情况。

2.3.1 用工业修补剂进行裂纹修复

通常选用可赛新金属修补剂作为裂纹修复的填充材料，其中铸铁件选用TS111铸铁修补剂，铸造铝合金选用TS133聚合铝(世纪之光)修补剂。具体步骤为：1)用1755清洗液对缺陷部位进行彻底清洗，必要时用喷灯烤干裂纹中的油污和杂质；2)在裂纹末端钻孔用于止裂，同时沿裂纹方向加工出V形坡口，深约3 mm；3)将TS111铸铁修补剂A、B两组分按体积A∶B=4∶1，TS133聚合铝修补剂A、B两组分按体积A∶B=1∶1的比例进行充分混合均匀，然后在V形坡口中均匀地涂抹一层薄薄的修补剂；4)用混合好的修补剂将1720玻璃纤维加强带润湿后粘到V形区；5)在1720上面填充修补剂并压实，填充物要高出零件表面1～2 mm，然后在常温状态下进行固化(TS111为8 h，TS133为2 h)后，将调出部分铣平，即可完成裂纹的修复。

2.3.2 用焊补方式进行裂纹修复

根据铸件裂纹状况，首先要对裂纹进行预处理，即利用錾子或手提砂轮沿裂纹方向加工出V形坡口；然后用丙酮溶液对缺陷部位进行清洗以去除油渍和杂质；最后直接在坡口上进行焊补、修平。其中，铸铁件选用气焊方式，铸造铝合金选用氩弧保护焊方式，焊补时要适当地断续进行，避免造成零件局部温升过高而影响已加工面的精度。

3 结语

由于铸造缺陷的情况十分复杂，尤其是机械精加工中更是如此，新问题会层出不穷。随着新技术、新材料的不断应用，将来还会有更好的缺陷处理方式，以使铸造缺陷的处理质量和生产进度有更大地提高。

[1] 中国机械工程学会铸造分会.铸造手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2] 高忠民.气焊工基本技能[M].北京：金盾出版社，2010.

[3] 罗辉.实用产品设计经济分析[M]. 北京：机械工业出版社，1993.

责任编辑 马彤

Research of the Treatment of Casting Defects in the Finish Machining

WANG Jianying

(Xuchang Tobacco Machinery Co., Ltd., Xuchang 461000, China)

Because of the lack of the high sensitivity X ray flaw detector and the limitation of removing the allowance for the casting rough machining, it often makes that meet the casting defect like the air holes, the scab defect, the crack and so on during the fine machining. It brings a great deal of threat for the product quality control. With the casting defect which not greatly affecting the intensity and precision in the process of the finish machining, the treatment research is done. The casting defect includes the small scale distribution of the sliding surface blowhole slag, mismatch in shrinkage defects such as the number of the individual cannot correct processing, the processing box and slot corner of single crack, and so on. Therefore, it has an important significance to improve the product quality, guarantee the production progress and reduce the cost.

finish machining, casting defect, remedial measure

TH 134

A

王建英(1972-)，男，工程师，主要从事机械加工工艺等方面的研究。

2016-08-04