基于增材制造砂型的橋形支架鑄件鑄造工藝設計及制造(3)
時間：2025-03-27 09:30 來源：特種鑄造 作者：admin 閱讀：次
性能，符合GB/T1173-2013。
鑄件軸孔及安裝凸臺處沒有縮松、縮孔、裂紋等缺陷，但鑄件底面組織縮松。該處壁厚為14.5 mm，澆口較多，局部過熱導致產生縮松。后續可通過放置冷鐵，增大過冷度進行改善。
表4為首次工藝試制的3件鑄件的檢測結果。由于球形面型芯變形上移與砂型外形接觸貼合，導致鑄件球形面周圍壁厚不均，甚至局部無壁厚，SR217處尺寸超差，底面組織縮松，不滿足標準要求，需要進一步優化澆注系統工藝，改進砂型結構。
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4 工藝優化及實踐
根據鑄件生產實踐及結果分析，從鑄件結構優化、增加冷鐵、砂型結構優化方面進行改進。將4個工藝孔尺寸從ϕ10 mm修改為2個ϕ20 mm和2個ϕ14 mm，增加砂芯強度，另外4個ϕ20 mm的工藝孔保持不變，最終工藝孔為6個ϕ20 mm和2個ϕ14 mm。
對砂型結構進行優化，優化后砂型結構仍是三箱。優化砂型減重方式，修改分型面，設置中箱接觸面A與下箱的配合間隙為1 mm，其他分型面與下箱配合間隙為0.5 mm。優化后，澆注時下箱受到金屬液的沖擊力不僅通過接觸面A傳遞到中箱，也通過接觸面M、N傳遞到中箱B、C砂型，分散接觸面A所受的力。
根據優化后工藝及砂型結構，重新3D打印砂型，并進行低壓澆注。對澆注后的首件鑄件外觀完整，外表面無冷隔、裂紋、縮孔等缺陷，鑄件無少肉現象。首件鑄件尺寸符合DCTG7 GB/T6414-2017，高于圖紙要求的DCTG 8 GB/T6414-2017尺寸精度。
在鑄件底面增加10塊冷鐵后，底面冷卻速度加快，組織無縮松缺陷。表6為優化后鑄件檢測結果，可見優化后鑄件檢驗合格，滿足GB/T 9438-2013 II 類鑄件要求。
采用此工藝批量生產，經檢驗，鑄件符合標準要求。
【主要結論】
（1）采用鑄造工藝模擬、3DP砂型、低壓鑄造工藝，快速完成了橋型支架鑄件的生產，橋型支架鑄件內部質量達到Ⅱ類 GB/T9438-2013、尺寸精度可達到DCTG7級 GB/T6414-2017。
（2）對復雜鑄件首先根據經驗進行澆注系統工藝設計和工藝模擬，模擬結果合格后進行生產試制，再根據試制結果調整優化工藝，鑄件試制成品率較高。
（3）單件小批量的鑄件生產采用3DP砂型可以快速完成復雜鑄件的生產，質量一致性好。
【引用格式】
司金梅，呂三雷，李晶晶，等. 基于3DP砂型的橋形支架鑄件鑄造工藝設計及制造［J］. 特種鑄造及有色合金，2025，45（1）：130-135.
SI J M，LÜ S L ，LI J J，et al. Casting process design and manufacturing of bridge bracket based on 3DP sand mold［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2025，45（1）：130-135.
圖13 隨爐試樣結構
鑄件軸孔及安裝凸臺處沒有縮松、縮孔、裂紋等缺陷，但鑄件底面組織縮松。該處壁厚為14.5 mm，澆口較多，局部過熱導致產生縮松。后續可通過放置冷鐵，增大過冷度進行改善。
圖14 鑄件X光檢測結果
表4為首次工藝試制的3件鑄件的檢測結果。由于球形面型芯變形上移與砂型外形接觸貼合，導致鑄件球形面周圍壁厚不均，甚至局部無壁厚，SR217處尺寸超差，底面組織縮松，不滿足標準要求，需要進一步優化澆注系統工藝，改進砂型結構。
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根據鑄件生產實踐及結果分析，從鑄件結構優化、增加冷鐵、砂型結構優化方面進行改進。將4個工藝孔尺寸從ϕ10 mm修改為2個ϕ20 mm和2個ϕ14 mm，增加砂芯強度，另外4個ϕ20 mm的工藝孔保持不變，最終工藝孔為6個ϕ20 mm和2個ϕ14 mm。
圖15 優化后的工藝孔
在底面增加10塊冷鐵，冷鐵厚度為15 mm。底部增加冷鐵后，缺陷消失。
圖16 底面增加冷鐵
圖17 優化后縮松、縮孔缺陷位置
對砂型結構進行優化，優化后砂型結構仍是三箱。優化砂型減重方式，修改分型面，設置中箱接觸面A與下箱的配合間隙為1 mm，其他分型面與下箱配合間隙為0.5 mm。優化后，澆注時下箱受到金屬液的沖擊力不僅通過接觸面A傳遞到中箱，也通過接觸面M、N傳遞到中箱B、C砂型，分散接觸面A所受的力。
圖18 優化后砂型結構
1.上箱 2.中箱 3.下箱 4.砂型減重 5.砂型加強筋 6.定位子扣
根據優化后工藝及砂型結構，重新3D打印砂型，并進行低壓澆注。對澆注后的首件鑄件外觀完整，外表面無冷隔、裂紋、縮孔等缺陷，鑄件無少肉現象。首件鑄件尺寸符合DCTG7 GB/T6414-2017，高于圖紙要求的DCTG 8 GB/T6414-2017尺寸精度。
圖19 優化后3DP砂型
圖20 優化工藝生產鑄件
圖21 優化后首件鑄件X光檢測結果
采用此工藝批量生產，經檢驗，鑄件符合標準要求。
圖22 批量生產的鑄件
（1）采用鑄造工藝模擬、3DP砂型、低壓鑄造工藝，快速完成了橋型支架鑄件的生產，橋型支架鑄件內部質量達到Ⅱ類 GB/T9438-2013、尺寸精度可達到DCTG7級 GB/T6414-2017。
（2）對復雜鑄件首先根據經驗進行澆注系統工藝設計和工藝模擬，模擬結果合格后進行生產試制，再根據試制結果調整優化工藝，鑄件試制成品率較高。
（3）單件小批量的鑄件生產采用3DP砂型可以快速完成復雜鑄件的生產，質量一致性好。
【引用格式】
司金梅，呂三雷，李晶晶，等. 基于3DP砂型的橋形支架鑄件鑄造工藝設計及制造［J］. 特種鑄造及有色合金，2025，45（1）：130-135.
SI J M，LÜ S L ，LI J J，et al. Casting process design and manufacturing of bridge bracket based on 3DP sand mold［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2025，45（1）：130-135.
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