大直徑軸承座主傳動殼鑄造工藝研究

大直徑軸承座主傳動殼鑄造工藝研究

主殼體是該工藝的重要零件。輪廓尺寸2010mm310mm，重量85kg，材料zg270-500，如圖1所示。上部軸承座部位為圓環(huán)形,壁厚50mm,下部聯(lián)接盤下有2個軸承座,4個熱節(jié)點(diǎn),熱節(jié)圓?65mm,中部環(huán)形部位壁厚12mm。1腰形明冒口試制初期采用原生產(chǎn)廠工藝方案,水玻璃砂型砂芯,聯(lián)接盤朝下,下部兩個軸承座4個熱節(jié)點(diǎn)?65mm處下冷鐵,上軸承座上安放2個腰形明冒口,尺寸為70mm×100mm×100mm,內(nèi)澆道鐵液從聯(lián)接盤2個軸承座中間切向引入,2個腰形明冒口撒保溫劑。存在主要問題是,加工后雖然加工面上未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷,但聯(lián)接盤和中間環(huán)形主壁“L”形交接加強(qiáng)筋處有氣縮孔。兩軸承座4個熱節(jié)點(diǎn)?65mm處解剖有比較大的縮孔,聯(lián)接盤內(nèi)澆道引入處加工后個別件有裂紋。同時,內(nèi)腔型砂不容易清理干凈,影響鑄件質(zhì)量,需改進(jìn)提高。2改進(jìn)的擴(kuò)張系統(tǒng)設(shè)計2.1u2004凝固時間計算上部軸承座部位環(huán)形①?252?152×100(mm),模數(shù)=12(R-r)=2.5cm。重量24.7kg。中部環(huán)形②主壁厚12mm,模數(shù)=1.2/2=0.6cm。“T”形主筋處模數(shù)M=0.85cm。聯(lián)接盤和中部環(huán)形“L”形交接并有加強(qiáng)筋處③即試制初期出現(xiàn)氣縮孔部位,經(jīng)計算模數(shù)為0.914cm。聯(lián)接盤內(nèi)環(huán)④按壁厚15mm的板,計算模數(shù)=δ/2=0.75cm。聯(lián)接盤外緣⑤為截面50mm×25mm的桿,模數(shù)=a×bz(q+b)-c=0.93cm。2個下軸承座4個熱節(jié)點(diǎn)?65mm處;⑥按65×65×105mm立方體計算模數(shù)為1.57cm,下軸承座2個?65mm熱節(jié)中間部位;⑦為35×76mm的桿,計算模數(shù)為1.44cm。鑄件各部位凝固時間按公式τ=Μ2k2計算。k為凝固系數(shù),取1.3。各部位凝固時間為①3.7min;②0.2min;③0.49min;④0.33min;⑤0.51min;⑥1.46min;⑦1.27min。中部環(huán)形部位壁厚12mm,模數(shù)0.6cm,凝固時間0.2min?！癟”形筋處模數(shù)0.85cm,凝固時間為0.4275min,比上軸承座及下聯(lián)接盤及軸承座模數(shù)都小的多,凝固快的多,隔斷了上軸承座及2個明冒口對聯(lián)接盤及兩個下軸承座的補(bǔ)縮,構(gòu)成了2個補(bǔ)縮區(qū),中部環(huán)形部分壁厚12mm,及加強(qiáng)筋處相當(dāng)板件,補(bǔ)縮距離也分別為L=2δ=2×12=24(cm)及L=2×2×0.85=34(mm),上軸承座及兩個明冒口對聯(lián)接盤及兩個下軸承座的補(bǔ)縮可以忽略不計。上軸承座及中部環(huán)形部位補(bǔ)縮區(qū)凝固順序?yàn)橐寓凇佟Ｂ?lián)接盤及2個下軸承座補(bǔ)縮區(qū)凝固順序?yàn)閺蘑?④+⑤→⑥+⑦。2.2冒口及被冒口設(shè)計澆冒口系統(tǒng)設(shè)計見圖2。按冒口補(bǔ)縮設(shè)計三原則設(shè)計并校核。(1)冒口晚于鑄件凝固,M冒∶M頸∶M件=1.2∶1.1∶1.0;(2)冒口有足夠補(bǔ)縮鋼液量;(3)校核補(bǔ)縮距離。2.2.1m保的確定上軸承座及中部環(huán)形補(bǔ)縮區(qū)最大模數(shù)2.5cm,仍采用原工藝明腰形冒口70mm×100mm×100mm,重量4.34kg,澆注時加保溫劑,幾何模數(shù)2.125cm,模數(shù)增大系數(shù)取1.5,則M保=1.5M幾=1.5×2.125=3.19cm。(1)計算示例和鑄造模型的比率Μ保Μ件=3.192.5=1.275＞1.2,滿足要求。(2)鋼液收縮率測定方法G件≤1.07G保(η-ε)ε式中η——明冒口補(bǔ)縮效率(25%～30%),撒保溫劑,η=27%;ε——鋼液收縮率,取ε=4.6。G件=24.7+17.3=42(kg)=1.07×2×4.34(27-4.6)4.6=45＞42,滿足要求因考慮中部環(huán)形部位模數(shù)很小,冷卻速度最快時間很短,補(bǔ)縮距離也很短,未計上部明冒口對聯(lián)接盤及下軸承座和其上2個暗頂冒口的補(bǔ)縮。2.2.2頂冒口補(bǔ)縮能力2個軸承座4個熱節(jié)?65mm處的冒口設(shè)計有2個方案,一個是邊冒口,一個是頂冒口。邊冒口的優(yōu)點(diǎn)是切割打磨清理方便,但補(bǔ)縮效率很低,砂箱尺寸大。頂冒口的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)縮效率高,一個冒口補(bǔ)縮2個熱節(jié),砂箱尺寸小,但頂冒口尺寸、位置受限,切割打磨清理不方便,為保證鑄件質(zhì)量選用頂冒口補(bǔ)縮,冒口尺寸按設(shè)置位置選取80mm×110mm×100mm,重量4.78kg模數(shù)2.015cm,2個熱節(jié)圓?65mm中心距190mm,偏離因數(shù)S=95/65=1.46。(1)冒口和鑄件模數(shù)比ΜRΜ1=2.0151.57=1.28＞1.2(2)補(bǔ)縮能力核算1.07GR(η-ε)ε=1.07×2×4.78(15-4.6)4.6=23kg＜43kg,說明冒口補(bǔ)縮能力不夠,改進(jìn)措施是:(1)澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口設(shè)計并驗(yàn)算;(2)采用保溫冒口。2.2.3澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口先進(jìn)行澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口設(shè)計并驗(yàn)算,再進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證。轉(zhuǎn)包澆注為了擋渣良好,采用半封閉式澆注系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)組成為直澆道,單向橫澆道,內(nèi)澆道從聯(lián)接盤模數(shù)0.93cm處切向引入。取截面比為F直∶F橫∶F內(nèi)=1.3∶1.5∶1.0按F內(nèi)=1.1√Gc=1.1√85=10.14cm2,取尺寸為16mm×60mm,F內(nèi)實(shí)=9.6cm2,模數(shù)0.63cmF橫=1.5×F內(nèi)=1.5×9.6=12.48cm2,取尺寸35/40×40(mm),F橫實(shí)=15cm2,模數(shù)0.93cm。F直=1.3F內(nèi)=1.3×9.6=12.48cm2,取直徑?40mm,F直實(shí)=12.57cm2,模數(shù)1cm。實(shí)際澆道截面比F直∶F橫∶F內(nèi)=12.57∶15.00∶9.60=1.3∶1.6∶1.0。采用模數(shù)法對澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口進(jìn)行核算。直澆道當(dāng)冒口,M直冒=f1f直流Mc=1.2×0.75×0.93=0.837cm<1cm;橫澆道當(dāng)冒口,M橫冒=f橫流Mc=0.8×0.93=0.75<0.93cm;內(nèi)澆道當(dāng)冒口頸,M內(nèi)頂=f內(nèi)流f2Mc×H=0.55×0.9×0.93×1.1=0.45cm<0.63cm。式中f1——冒口平衡系數(shù),取1.2;f直流——直澆道流動效應(yīng)系數(shù),取0.75;f橫流——橫澆道流動效應(yīng)系數(shù),取0.8;f2——內(nèi)澆道長度系數(shù),取0.9;f內(nèi)流——內(nèi)澆道流動效應(yīng)系數(shù),取0.55;1.1——冒口頸增大系數(shù)。澆注系統(tǒng)各組元滿足當(dāng)冒口的要求。澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口補(bǔ)縮效率有多少?沒有現(xiàn)成資料,同時補(bǔ)縮效率又和鑄件結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小,鑄件材質(zhì)、澆注引入位置、澆注溫度、冒口尺寸大小、補(bǔ)澆形式等多因素有關(guān),冒口設(shè)計參數(shù)又多是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),需在生產(chǎn)中驗(yàn)證。鑄型仍采用CO2水玻璃砂,砂芯采用樹脂砂,澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口聯(lián)合補(bǔ)縮澆注2爐10件,聯(lián)接盤和中部環(huán)形“L”形交接三角筋交接處氣縮孔消除,機(jī)械加工后未出現(xiàn)任何缺陷,4個?65mm熱節(jié)解剖后縮孔尺寸大大減小,內(nèi)腔砂芯容易清理。鑄件稱重比原工藝平均增加2kg,由83kg增加到85kg,這2kg應(yīng)該是聯(lián)接盤及2個軸承座得到澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口聯(lián)合補(bǔ)縮增加的重量。下面進(jìn)行校核。(1)u2004錨點(diǎn)補(bǔ)縮和澆注系統(tǒng)直澆道?40×300(mm),重量2.9kg。橫澆道3540×40(mm),長200mm,重量2.4kg。內(nèi)澆道16×60(mm),長20mm,計算長度60mm,重量0.45kg。澆注系統(tǒng)總重=2.9+2.4+0.45=5.8kg2個腰形暗頂冒口80×110×100(mm),重量為2×4.78=9.56kg,補(bǔ)縮效率按15%計算,補(bǔ)縮量為9.56×15%=1.44kg,其中補(bǔ)縮給43kg鑄件的補(bǔ)縮量為4343+9.56×1.44=1.18kg。澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口給43kg鑄件的補(bǔ)縮量為2-1.18=0.82kg。43kg鑄件占鑄件+澆注系統(tǒng)總重量的比例為4343+5.8=88%,澆注系統(tǒng)重占12%,澆注系統(tǒng)重5.8kg,自補(bǔ)重量為0.820.88×12%=0.11kg。10.7GR(η-ε)ε+1.07G澆(η-ε)ε=1.07×9.56(15-4.6)4.6+1.07×5.8(16-4.6)4.6=38kg＜43kg。澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口聯(lián)合補(bǔ)縮只能補(bǔ)縮38kg鑄件重量,尚有43-38=5kg鑄件重得不到補(bǔ)縮,因此在4個熱節(jié)?65mm處還有比較小的縮孔。(3)收縮率的計算澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口聯(lián)合補(bǔ)縮鑄件最大重量38kg,也即這38kg鋼液凝固時得到2kg的補(bǔ)縮量,鋼液收縮率=238=5.3%。(4)鑄造補(bǔ)縮能力澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口和2個腰形頂暗普通冒口(80mm×110mm×100mm)聯(lián)合補(bǔ)縮,補(bǔ)縮量仍不夠,采用保溫冒口能大大提高冒口和鑄件之間的溫度梯度,增大補(bǔ)縮擴(kuò)張角,延長補(bǔ)縮距離,提高冒口補(bǔ)縮效率,補(bǔ)縮效率一般25%～30%,取27%核算補(bǔ)縮能力。Gj≤1.07×G保(η保-ε)ε+1.07×G澆(η-ε)εGj=43kg。1.07×2×4.78(27-5.3)5.3+1.07×5.8(16-5.3)5.3=42+12.5=54.5(kg)＞