熔模精密铸造主要工序有制模、制壳、脱蜡、熔炼、浇注以及后清理，每个工序的生产节拍（CT）决定了生产工序的成本。通过工艺改进降低工序CT与综合CT，提高工艺出品率，是降低产品综合生产成本的关键措施之一。通过对小件精铸产品的浇注系统优化，浇冒口系统改进，模具方案系统优化，来提升制模的效率，做到减少修模或者不修模，提升产品组树效率、切割效率，减少切割落件的金属损耗，可有效降低铸件生产的综合CT，从而降低产品的综合成本。

【研究亮点】

精铸行业竞争日趋激烈，如何通过工艺或技术改进，在保证质量的情况下，降低生产成本是铸造工艺技术人员要考虑的问题。通过工艺改进，提升生产效率。

【全文导读】

南通浩盛汽车科技有限公司王亚兵等在2024年第44卷第7期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“一种精铸小件浇注系统的优化”的文章，作者指出精密铸造工艺对于小件、单件的组树效率较低，组树件数较少，铸件的工艺出品率相对较低，同时在后处理环节切割以及浇口打磨工序的成本较高，效率较低。采用类树枝状的组树方式，可以大幅提升组树件数和组树效率，同时提高铸件的工艺出品率。改用易割浇口代替直浇道，可以降低金属损耗，提升切割打磨效率，从而降低铸件的综合成本。

【图文解析】

铸件材质为 DIN17468-1993 1.4826耐热铸钢，质量为23 g，直径为ϕ23 mm，壁厚为6 mm，总高为17.8 mm，柱高为12.8 mm，见图1。产品的质量较小，每组1件的节拍（CT）折算单件成本较高，组树件数较少，工艺出品率较低，单位时间内制壳和熔炼数量较少，成本增加。内浇道是直浇道，在后处理环节需要砂轮切割片去除浇口，浇口所在的面较内浇道大，切割后内浇道残留较高，导致打磨浇口用砂带用量和浇口打磨节拍增加，综合成本增加。

图1　零件图

该精铸小件，由于伸长率较大，断口敏感性较差，一般在浇注系统设计时，大多采用直浇道或者带一定起模斜度的直浇道，落件方式则采用砂轮切割片锯切铸件的内浇道。常用的组树形式是把检验完好的蜡件用电铬铁烫或用黏接蜡逐个黏接在多支道浇棒（一般3～5支浇道）上，组成一串完整的蜡树，此铸件单重为23 g，模头质量为5.2 kg，4排棒组树56件，工艺出品率=（72×0.023）/（72×0.023+0.008×72+5.5）=21.5%；单件组树CT：3 s，总CT=72×3=216 s；蜡件内浇道及组树形式见图2和图3。此产品为相对批量较大的产品，模具为自动模，钢模免修蜡设计，一出十二，水冷恒温控制，模具水平分型，注蜡口和内浇道连接，射蜡后注蜡口和蜡件自动切断，形成独立蜡件，原模具见图4。

图2　原组树图

图3　带直浇道铸件

图4　原模具图

原方案蜡件出模后单独的蜡件，小件组树效率低，且浇口为直浇道，铸件落件需要采用切割落件，浇口残留一般为0～6 mm，切割厚度为3～4 mm，在切割过程中容易切伤铸件。为了提升效率，降低生产成本，采用易割浇口取代原直浇道设计，落件方式采用大振力振壳机，震动落件，增加补缩浇道设计，通过补缩浇道4个件相连接，形成一个大的组件，改进后每组组件的组树CT=4 s，相当于单件CT缩短到1 s/件，每件节省2 s；组树件树36×4=144件，为原来的2倍，组树的总CT仅为144 s， 浇口棒由传统的四方棒优化为十字架模式，既可以保证模组强度，又可以降低浇口棒质量，从而提升铸件工艺出品率至30.98%，较原组树形式提升了9.56%。

图5　改进后方案和组树图

改进后的模具为自动模，钢模免修蜡设计，一出十二，水冷恒温控制，由原来的单一水平分型改为水平分型加抽芯垂直分型，水平分型保证易割浇口的分型，抽芯垂直分型保证零件易出模，辅助浇道和蜡件直接组件出模，注蜡口设置在辅助浇道与主浇道焊接面，断口沉入辅助浇道焊接面内避免修蜡，每组4件，总数量和原模具相同，见图6。

图6　改进后的模具图

模流分析设定参数见表1，温度场模拟结果见图7，铸件-辅助浇道-直浇道-浇口杯，温度依次升高，无孤立热节部位，符合顺序凝固的原理。缩孔、缩松模拟结果见图8，设定的孔隙率为1.5%（要求铸件孔隙率小于5%），铸件上无缩孔缩松（设定孔隙率小于1.5%），完全满足要求。

图7　模拟分析温度场

图8　模拟分析缩孔缩松

铸件落件后，浇口残留高度为1.5 mm，断口较平整，无明显内凹，见图9。磨浇口表面平整无凹陷，断口未伤及铸件表面，见图10，满足落件标准，达到预期效果。内部缺陷X光检测，没有发现缩孔及缩松缺陷，内部孔隙率需满足VW50093孔隙率标准（小于5%），对试样产品X光检测后取样剖切，孔隙率最大为0.106%，满足要求。

图9　落件后断面图

图10　磨浇口后断面

改进前后对比：

（1）改进前后工艺参数对比　改进前组树72件/树，工艺出品率为21.42%，改进后组树144件/树，工艺出品率为30.98%，工艺出品率较改进前提升了44.63%。

（2）更改前后影响工序工时对比　改进方案较原方案影响工序的总CT节省6 s/件，组树工序效率提升了3倍，清洗，制壳工序提升了2倍，虽振壳工序降低，但完全取消了切割工序，大幅提升了生产效率。

（3）更改前后工时费用对比　改进后比改进前工时费用节省0.187 5元/件，辅料及其他损耗费用节省0.18元/件，合计节省0.362 5元/件，铸件原总成本约3.6元/件，铸件总成本节省约为10%。

图11和图12为原单件蜡件图和组树图，图13为拓展应用，轴套类铸件采用辅助浇道类连接，1组6件，组树效率较原来提高了约5倍，原4排棒组树88件，改进后组树件数120件（见图14），工艺出品率由原来的25.6%提升到30.2%，提高了18.0%。

图11　原轴套蜡件图

图12　原轴套组树图

图13　轴套组件

图14　轴套组件组树图

【主要结论】

（1）对于小铸件类产品，采用辅助浇道连接成组件，类似树枝状结构组树形式，可有效提升组树效率，提高铸件的出品率。

（2）通过对浇口棒的减重，采用十字结构（类似加强筋结构）既可保证浇注系统强度，又可有效减小浇注系统质量，提升浇注系统出品率。

（3）采用易割浇口，大振力的振壳清理机，可以有效去除较小浇口的耐热不锈钢铸件的浇口，从而节省金属切割损耗和切割片费用。