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熔模精铸 叶片 叶根缩陷 原因 分析 及其 改进

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机械工程师 M E C H A N I C A LE N G I N E E R 李鹏飞 孙朔 郭万军 李新川 黄爱军 宝山钢铁股份有限公司中央研究院汽车用钢研究所 上海2 0 1 9 0 0 摘要 介绍了采用三坐标检测方法和M in it a b 统计软件对熔模精密铸造叶片叶根缩陷问题的研究 首先 对叶根缩陷的 程度和位置进行了定义 随后根据熔模精密铸造的特点 分析并用试验的方法验证得知导致缺陷的根本原因是蜡件压制过 程中的非均匀收缩 最后 提出在蜡件叶根中间位置放置蜡芯的解决方案 并通过试验说明了该方案是切实有效的 关键词 熔模精密铸造 叶根缩陷 三坐标检测 M in it a b 软件 蜡芯 中图分类号 T P3 9 1 7文献标志码 A文章编号 1 0 0 2 2 3 3 3 2 0 1 6 0 5 0 2 1 4 0 2 0 引言 熔模精密铸造广泛应用于航空 汽车 船舶等工业中 形状复杂的零部件的生产过程中 具有尺寸精度高 表面 质量好和加工余量小等优点 我公司采用熔模精密铸造 生产一种叶片 在对叶片进行三坐标检测时 发现叶根厚 度方向存在缩陷情况 为了解缩陷的程度和成因 进而设 法防止缩陷的发生 进行了以下的研究工作 1 缺陷定义 J J 测量位置 下文的讨论均以零件坐标系为准 选取现行工艺浇 铸的某批次共3 0 片叶片进行三坐标检测 如图l a 所示 在叶根处选取与X 轴垂直的G C G C R l G C R 2 G C R 3 G E G E R 和G D 等7 个截面 截面的X 轴坐标分别为一1 6 一1 2 一8 一4 0 4 5 和9 单位为m m 如图1 b 所示 在每个截 面上 从起始位置向下每隔2m m 测量一个厚度值 直到z 轴坐标一2 2 6m m 处结束 由于叶根缘板的干涉 各截面测 量厚度的起始位置无法统一 其中G C 截面从z 轴坐 标一8 6 m m 处开始测量 G C R I 和G D 截面从z 轴坐标一6 6 m m 处开始测量 G C R 2 和G E R 截面从z 轴坐标 4 6m n 赴开 始测量 G C R 3 和G 蹴面从鼬坐 2 6m m 处开始测量 J 2 测量方法 使用海克斯康公司的G l o b a lS il v e r 桥式三坐标测量 机 配备T E S A S T A R P 接触式触发测头 进行编程测量 通过迭代法创建零件坐标系后 在截面相同高度处的两 侧分别取矢量点 用得到的两个点构造直线并投影到y 轴 即得到该处的厚度 J 3 测量结果 各个测量点处的叶根厚度标称值是存在差异的 因 此各测量点测得的厚度值并不具有可比性 可以用来比 较的值是厚度偏差 即测量值与该处标称值的差 这里以 3 0 片叶片厚度偏差的平均值为依据进行讨论 将厚度偏 差的平均值输入M in it a b 软件绘成等值图 如图2 所示 铸 件叶根厚度的公差为 0 2 5m m 因此图2 中偏差超 过一0 2 5m m 的区域均不满足设计要求 可以看到在叶根 上确实存在缩陷 而且叶根上各处缩陷的程度并不一致 缩陷最严重的位置出现在x 轴坐标一8 0m m 之间 以及z 轴坐标一1 0 一1 2m m 之问的区域 这一区域放到图l a 中来看大致是叶根的中间区域 另外叶根底部的缩陷也 较为明显 右边次之 左边的缩陷最轻 2 原因分析及验证 在进行熔模精密铸造时 零件尺寸经过了3 次传递 每次尺寸传递都不是精确的复制 而总是由于材料本身 的属性存在一定变化 分别如下 槽子得话 那么这2 6 5 的煤是始终都运不走的 若每次 都装得不满正好能够承得下这2 6 5 则就可以运走 若是 前者只有增大运输速度 那么是多少呢 看看下面的计 算 1 2 0 0 t h 时只运走了7 3 5 那么只要运量增大到1 2 0 0 7 3 5 1 6 3 2 6 5 t h 时 其实际运量才能是1 2 0 0 t h 此时速 度为V Q I 3 6 0 0 F y 砂 1 6 3 2 6 5 3 6 0 0 X 1 3 0 2x 0 9 0 2 3 9 1 6 1 9m s 若把挡板高度降低保证运输效率为9 2 6 也就是挡 板高2 8 0m m 的话 其运量是1 2 3 4 2 2t h 且P 3 6 0 0 x 1 0 x 0 9 x 1 8 9 x 0 7 6 x 0 1 2 x l 0 0 4 x 0 9 8 0 0 4 x 0 9 5 0 0 4 x 0 9 0 0 4 x 0 8 若运量为1 2 0 0t h 挡板高2 8 0m m 时 速度是1 8 3 m s y Q 3 6 0 0 F 7 沙 l 2 0 0 3 6 0 0 x 0 2 0l6 1 0 x 0 9 1 8 3m s 2 结语 1 在刮板高度不变的情况下 挡板越高 看似运输效 率越高 但实际上运输效率却越低 可以采取提高链速的 方法解决 即增大虚拟运量 满足实际运量 2 将挡板的 高度降低 即减少了运输断面 同时提高链速 同样可以 保持运输效率 满足实际运量 参考文献 1 徐灏 机械设计手册 M 北京 机械工业出版社 1 9 9 4 2 王鹰 连续输送机械设计手册 M 北京 中国铁道工业出版社 2 0 0 1 编辑黄获 作者简介 张念生 1 9 7 6 一 男 工程师 从事煤矿用井T x 作面输送 设备的研究与设计 收稿日期 2 叭5 一l l 一1 0 214I2 0 1 6 年第5 期 网址 w w W j x g cs co m 电邮 h r b e n g in e e r 1 6 3 co m h 叶根G E 截面现图 图1 铸件厚度测量位置 一 一 拍 目副r 耶 o t m 月 机械工程师 M E C M A N I C A LE N G I N E E R 1 从蜡型 模具到蜡件 压制蜡件时 尺寸由蜡型 模具传递给 蜡件 在蜡件 随后的冷却 和放置过程 中 由于蜡料 本身的材料 属性 尺寸会 有一定的收 缩和其他变 化 2 从蜡件 到陶瓷模壳 经过若干次 沾浆和撒砂 在蜡件外表 面形成了模 壳 随后经过 脱蜡 烧结等 工序 就形成 了可用于浇 铸的空心陶 瓷模壳 这一 过程使尺寸 从蜡件传递 到陶瓷模壳 在模壳制备 的过程中 由 于存在冷热 变化等因素 里 竺竺 堡要竺竺兰竺璺墅一竺淼雾 从陶瓷模壳到铸件 将金属液浇铸到陶瓷模壳中 经过金 属液的凝固与冷却 即形成了最终的铸件 这时尺寸就从 陶瓷模壳传递到铸件 显然 由于金属液的凝固和冷却 这 一过程同样存在尺寸变化 在设计蜡型模具时 需根据最终铸件的尺寸 并结合 上述三个步骤各自的收缩率 反推出蜡型模具的尺寸 设 计时一般是根据零件壁厚的差别在不同的区域分别采用 I 件叶懂平均R 寸与 件耐啊平均R 寸帕t 棚 I n lL ul L U 幡竹 平均尺口 啪 图3 铸件叶根平均尺寸与蜡件叶根平 均尺寸的散点图 不同的收缩率 即便如此 这样 的方法也难以 照顾到零件局 部的非均匀收 缩 由于压蜡时 注蜡压力的局 部差异 蜡件上 某些壁厚相同 的区域 采用的 设计收缩率相 同 也同样会 发生非均匀收 缩 这种非均 匀收缩往往表 现为中间位置 收缩严重 边 缘位置收缩轻 微 据此 推断 铸件叶根的这 种非均匀缩陷 很可能是在蜡件压制时就已形成 随后传递给铸件的 为 了验证这一推测 进行如下试验 以分析蜡件叶根尺寸与 铸件叶根尺寸的相关性 取一批蜡件 共计3 e f t 在相同的 位置测量蜡件叶根厚度 而后用该批蜡件制壳并进行浇 铸 在相同的位置测量3 e f 牛铸件的叶根厚度 将蜡件叶根 厚度的平均值和铸件厚度的平均值输入M in it a b 中生成散 点图 如图3 所示 可以看到 散点密集分布在回归线两侧 且分布在直 线两侧的散点数量相当 位置随机 这就说明 铸件叶根 平均尺寸 与 蜡件叶根平均尺寸 存在线性相关关系 进 一步用M in it a b 计算 铸件叶根平均尺寸 和 蜡件叶根平 均尺寸 的P e a r s o n 相关系数 得到的结果为 P e a r s o n 相 关系数为0 9 5 0 P 值为0 0 0 0 说明两者显著线性相关 由此可知 蜡件的非均匀收缩是导致铸件叶根非均匀缩 陷的主因 3 改进方案 由上面的原因分析可知 问题已转化为改善蜡件叶 根的非均匀收缩 为了实现这一目的 考虑在蜡件叶根的 中间位置放置蜡芯 以减轻中间位置的收缩 我们采用以 下试验验证该方案的可行性 压制3 0 件叶根中间位置放 置蜡芯的蜡件 用这些蜡件制壳并浇铸得至1 3 0 件铸件 以 相同的测量方法测量铸件叶根厚度 同样 将铸件叶根厚 度偏差的平均值输入M in it a b 生成等值图 如图4 所示 可 以看到 除了底部还有轻微的缩陷 但尺寸也已经符合公 差要求 其他区域均无缩陷 而且尺寸相对之前的状态 也更为均匀 说明在蜡件叶根中间放置蜡芯可以解决铸 件叶根缩陷的问题 4 结语 在蜡件叶根中间位置放置蜡芯的解决方案顺利解决 了铸件叶根缩陷的问题 可以看到 前期细致的缺陷定义 工作和使用统计方法进行的原因分析工作 找到了铸件 叶根缩陷的根本原因 这为之后准确提出解决方案和问 题的最终解决奠定了基础 参考文献 1 周邦彦戢合金铸造概论 M 北京航空工业出版社2 0 0 0 1 3 8 1 6 8 2 马逢时 周唪 刘传冰 六西格玛管理统计指南 M I N I T A B 使 用指导 M 2 版 北京 中国人民大学出版社 2 0 1 3 2 6 8 2 7 4 编辑吴天 作者简介 李鹏飞 1 9 8 6 一 男 硕士 助理研究员 从事钛铝舍金熔模 精密铸造技术开发方面的工作 收稿日期 2 0 1 5 一1 2 一0 9 网址 W W W j x g csco r n 电邮 h r b e n g in e e r 1 6 3 co m 2 0 1 6 年第5 期 i215 址 m m n 鼍臼世露牛馨寄廿 簟

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