大型卧式加工中心床身铸件实型消失模的铸造

■ 曲泽茂，王蒙

卧式加工是主轴轴线与工作台平行设置来加工零部件，主要适用于加工箱体类工件。组成卧式加工中心的重要组成铸件有床身（底座）、立柱、回转工作台、主轴箱等。对卧式加工中心中最大、最重的基础部件床身（底座）铸件来讲，影响到加工精度主要体现在铸件的刚度、强度、水平度、表面粗糙度等方面。

一、概述

国内某机床厂家所需的大型卧式加工中心床身（底座）铸件生产采用实型消失模铸造工艺，产品基本结构特点如下：

两横两纵高低不同的4条导轨，低导轨安装工作台，高导轨安装立柱，床身通过地脚螺栓固定连接于地面上；内腔复杂，3层以上筋板，导轨、托架孔和轴孔等关键部位在生产时需要专门的控制措施；床身的铸件结构如图1所示，基本参数：外轮廓尺寸3281 mm×2386 m m×1 1 9 3 m m，最大壁厚136mm，最小壁厚20mm，重量8600 kg，材料牌号为FC300。尺寸精度要符合客户要求。

二、床身工艺设计

图1 床身铸件结构

采用呋喃树脂砂实型消失模铸造工艺，即用聚苯乙烯塑料做模样，完成流涂烘干后，配好浇注系统后采用树脂砂造型，不取出模样而直接浇注金属液，冷却后凝固形成铸件的铸造工艺方法。

1. 材料选择

消失模模具材料选择密度18kg/m3泡沫塑料，垫料、衬料密度选择30kg/m3泡沫塑料；浇注系统管道全部全部使用某厂纸浇道管，可分段配合连接在一起；涂料选择某厂水基石墨涂料，流涂后必须彻底烘干方可造型。

2. 分型面/垫料设计

选择床身底面作为分型面，使导轨朝下，即床身铸件的浇注位置方向与其使用位置方向相反，如图2所示，大端头部分及小端头护板下面制作垫料，为保证尺寸精度，垫料与模具之间间隙小于3mm；为保证垫料的顺利起型，大端头吊耳处在工艺设计时就将此处让出来，如图3所示。

3. 填砂设计

图2 床身铸件分型面

图3 床身铸件外围垫料

由于复杂的内腔结构，特别是大端头横导轨里侧结构更为复杂，无法实现造型一次性填砂，故设计切出一块活料，做V形槽定位防止活料跑偏，先将下面紧实填好砂再将活料放上继续填砂，能够满足造型填砂要求，如图4、图5所示。

图4 床身横导轨背面铸件结构

图5 床身大端头切出的活料设计

4. 浇注系统设计

根据床身的结构特点，采用开放式加过滤网的浇注系统，其直浇道、横浇道、内浇道的截面积比为1:2:2，浇道全部为纸浇道管，内浇道靠近铸件位置放置过滤网，如图6所示。

图6 浇注系统设计

三、工艺实施与过程控制

铸造砂型采用呋喃树脂自硬砂，型砂各项参数符合标准，如附表所示。

1. 白模

白模是消失模铸造的基础，其质量控制尤为关键。首先，白模加工成形的外观粗糙度达标，模块之间黏接的料缝≤1.5mm，且用专用胶抹平不外漏；其次，对于变形的检查，长度1500mm范围内变形量≤2mm；最后是白模的放置需要用垫料支撑，在转运过程中务必小心，注意避免磕碰、损坏。

2. 黑模

（1）施涂 选择水基石墨涂料，波美度控制在55～60°Bé，如图7所示；流涂前的白模必须用垫料做好支撑，防止流涂过程中出现变形，使用翻转机和专用支撑架流涂2遍，不允许直接放置在地面上流涂，如图8所示；流涂完毕需要检查流挂性，内腔拐角的涂料堆积及大面的涂层厚度，涂层厚度控制范围：非拐角/热节区域厚度0.8～1.2mm，拐角/热节区域1.5～2.0mm。

（2）烘干 水基涂料流涂检查合格后，必须要做的是涂料烘干；烘干窑的温度控制在（50±2）℃，此床身消失模黑模烘干时间为3天，为保证铸件不发生呛火等缺陷，最终测得消失模含水率≤2.5%。

3. 造型

图7 涂料波美度控制

图8 翻转机流涂

（1）造型前准备 流涂质量、含水率、变形量等关键项经过检测合格后的黑模，可用于造型。首先，进行垫料、填料的设计与装配，除工艺设计床身外围垫料外，在内腔必须设计填料、衬料，以防止在流砂紧实过程中受压力导致黑模变形，同时衬料要求布置合理，既能保证支撑又要能够顺利取出；另外，还需要在外侧方门设置堵头，目的是按工艺设定顺序流砂，堵住的位置在下型反转后再流砂。

（2）造型操作 将组好的模型放置在造型平台上，按工艺要求配置浇注系统，放箱、流砂、造型，要求至少3人同时紧实操作，热节、易粘砂部位重点紧实，型内外同步填砂紧实。

第一面流砂紧实后，等待型砂硬化达到一定强度后，翻箱，第二面填砂紧实，再将床身大端头切出的部分按定位放好，流砂紧实；选择床身最高处放置出气“烟囱”，目的是在浇注过程中消失模汽化产生的气体最终通过此“烟囱”排出，避免发生呛火、炭渣等缺陷。

型砂参数指标

为了防止消失模在型砂里出现吸水、吸潮等问题，造型后的消失模应尽快浇注，造型完成到浇注时间间隔原则上不允许超过12h。

4. 熔化浇注

采用中频感应电炉熔化，化学成分控制符合内控标准：不能为了保证实体硬度而降低碳含量和碳当量，应通过孕育工艺提高材料质量，故此床身化学成分控制在wC＝3.1%～3.2%、wSi＝1.7%～1.8%、CE＝3.70%～3.80%。又因消失模浇注温度比普通木模高20℃，综合铸件内腔结构等因素考虑，最终确定的浇注温度为1430℃。

四、结语

通过对大型卧式加工中心床身铸件进行的实型消失模工艺设计、切活料填砂设计及关键过程控制等，总结了生产此类铸件的铸造工艺及质量的控制要点，得到了合格的铸件，为此类铸件的批量生产提供了技术支持。