立志登攀

　　球形喷灌头、高压均压环以及尺寸较大的金属装饰球等等，这些零部件的共同特点是：① 材质为有色金属，对铸件的质量要求很高，经过机加工甚至抛光后，外表面上不允许残存气孔，疏松和夹杂等铸造缺陷；② 均为单件小批量生产。该类铸件如果采用特种铸造方法生产则成本太高，而普通砂型铸造又很难确保质量。
　　下面以直径φ400的铝合金空心球为例，叙述整个砂型铸造过程。

1　铸造缺陷分析

　　在球内无法用冒口补缩的厚断面处出现缩凹，若采用外冷铁，此处又易出现气孔。铸件处于上砂型内的部位，经过机加工后，表面上存在气孔、疏松和夹杂缺陷。气孔是由于金属液去气不良或砂型偏湿所造成。疏松则归结于铸造用金属的凝固特性。夹杂物来源于浇注时裹入的氧化皮和二次氧化夹杂。因铸件壁厚较薄(≤10 mm)，夹杂尚未完全浮出金属液面，金属液已形成一定厚度的凝固壳，将它们包裹在铸件内。机加工去掉表皮后，夹杂物便裸露出来。

2　调整铸件的材质和结构

　　将铸件的材质选定为铝硅共晶型合金，以利于铸件顺序凝固，减小疏松倾向。采用ZL108可以方便后续的机加工和抛光工序。在不影响使用性能的前提下，将球内的厚凸台改成与球壳壁厚相同的环形台，中心螺孔凸台的直径不超过φ30(见图1)，以便避免在此处再产生缩凹。

图1　空心球铸造工艺示意图

1. 铸件　2. 内浇口　3. 集渣包　4. 直浇口　5. 冒口
6. 泥芯　7. 吊桩丝杆　8. 工艺补贴　9. 夹头　10. 顶尖脐

3　铸造工艺设计

　　空心球的形状及主要尺寸见图1。保留原定的铸造工艺：在球的最大尺寸处分型；悬吊泥芯；收缩率1.5%;侧面与底部的加工余量为3 mm;铸件上附加车床加工用的夹头和顶尖脐；φ35 mm的直浇口，60 mm×8 mm的内浇口。新补充的铸造工艺为：① 处于上型中的平面部位加工余量7 mm。② 球体上半部位需加工艺补贴，工艺补贴的最厚处不得小于20 mm,以便集存金属液中的夹渣和氧化夹杂。③ 在铸件的上部设置三个均布的φ40的冒口，既有利于铸件的顺序凝固、减少疏松，又能加速夹杂物的排出。④ 横浇道上设置集渣包，浇注时多少能收集一点裹入的氧化皮。

4　铸造生产过程

　　型芯采用水玻璃砂制造，吹CO₂硬化，表面涂快干涂料。芯内放置焦碳有利于排气，还需安放固定型芯用的吊桩丝杆。严格控制型砂中的水分，实样造型。上下砂箱采用定位销定位，严防型芯下偏或下斜。铝合金熔炼时要严格进行除气处理(采用C₂Cl₆)和变质处理，务必保证静置时间。浇注温度700～720 ℃，稍高的浇注温度有利于夹杂物的上浮。

5　结束语

　　按上述铸造工艺过程，除生产出合格的铝合金空心球外，φ200的黄铜喷灌球也做到一次成功。