某回轉(zhuǎn)體型鑄件熱冒口壓邊澆注工藝的應(yīng)用

某回轉(zhuǎn)體型鑄件熱冒口壓邊澆注工藝的應(yīng)用

如圖1所示，鑄造件的內(nèi)部形狀為旋轉(zhuǎn)體。平均壁厚約16mm，重量8kg，由球形鐵制成。驗(yàn)收條件為:1)每批毛坯100%在鑄件指定部位磨出小平面,做布氏硬度試驗(yàn),球痕直徑按0.1mm的差值進(jìn)行分級統(tǒng)計(jì),取球痕最大值毛坯3件,分別在本體上均分120°車制機(jī)械性能試桿3根,每組2根做抗拉強(qiáng)度試驗(yàn),另外一根備用,抗拉強(qiáng)度不小于400MPa。3組有其中一組機(jī)械性能不合格時,允許以同級球痕值雙倍數(shù)量毛坯重車制新試桿復(fù)試,復(fù)試仍不合格,則該級球痕毛坯報廢,另取球痕直徑小于0.1mm的毛坯試驗(yàn),依此類推,直至合格為止。2)從每批毛坯中隨機(jī)抽取3件,擊碎成數(shù)塊,檢驗(yàn)斷口顏色和內(nèi)部組織不得有縮松、氣孔、渣孔等鑄造缺陷。不合格時,允許以同樣數(shù)量擊碎復(fù)試,復(fù)試仍不合格,則該批毛坯不合格。3)合格毛坯經(jīng)機(jī)械加工后100%進(jìn)行液壓試驗(yàn),不得出現(xiàn)有滲漏水現(xiàn)象。1原裝配工藝方案1.1工藝方案和砂料此鑄件與鑄造生產(chǎn)過的兩種同類型鑄件結(jié)構(gòu)相同,只不過體積比此鑄件小、重量輕,重量分別為4kg和2.8kg。鑄造生產(chǎn)過的這兩種鑄件均采用的是熱冒口壓邊澆注工藝方法,機(jī)加工后綜合良品率(鑄造廢品+機(jī)加料廢)都在95%左右,并且生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定,具有很好的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),所以在此鑄件設(shè)計(jì)鑄造工藝方案時,同樣采用了熱冒口壓邊澆注工藝方法,整個生產(chǎn)工藝過程和所用原材料完全一致,工藝方案如圖2所示,兩個鑄件共用一個壓邊冒口。砂型采用尿烷酚醛樹脂自硬砂,砂芯采用熱芯盒覆膜砂。澆注過程中,鐵水流經(jīng)路線為:直澆道→橫澆道→冒口→通過壓邊縫隙進(jìn)入鑄件型腔。1.2鑄造缺陷的表現(xiàn)形態(tài)經(jīng)批量鑄造生產(chǎn),每批抗拉強(qiáng)度均為一次驗(yàn)收合格,擊碎驗(yàn)收斷口顏色合格,內(nèi)部組織沒有發(fā)現(xiàn)有縮松現(xiàn)象,經(jīng)機(jī)加工后水壓試驗(yàn)也沒有發(fā)現(xiàn)有滲漏水現(xiàn)象等,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足產(chǎn)品要求。在鑄件擊碎驗(yàn)收和機(jī)加后,唯一的鑄造缺陷主要集中在鑄件內(nèi)壁R15轉(zhuǎn)角的環(huán)形截面處,其他部位也有,但較少。鑄造缺陷表現(xiàn)有兩種形態(tài),一是氣孔類,根據(jù)出現(xiàn)的部位稱為“轉(zhuǎn)角氣孔”,形狀為蠕蟲狀、長針形、釘子形、晶間裂隙狀等,目視特征亦是千姿百態(tài),難以具體描繪奇特形態(tài),有的出現(xiàn)在鑄件表面,有的延伸至鑄件內(nèi)部深3mm~7mm;二是黑斑塊類,出現(xiàn)在鑄件內(nèi)表面,外輪廓直徑約有3mm~5mm,不規(guī)則,但界限分明,數(shù)量比轉(zhuǎn)角氣孔少。因上述兩種缺陷主要出現(xiàn)在同一部位,統(tǒng)稱為“轉(zhuǎn)角缺陷”,如圖3。鑄件的轉(zhuǎn)角缺陷在毛坯外觀驗(yàn)收時,廢品能占到20%左右,合格毛坯在機(jī)加過程中因轉(zhuǎn)角缺陷完全暴露而產(chǎn)生的料廢占60%~70%。1.3熱節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生氣孔產(chǎn)生如此大比例的鑄造缺陷,并且部位集中,可以肯定在系統(tǒng)工藝中,有一重要因素在影響著。經(jīng)分析和查閱相關(guān)資料有如下原因。轉(zhuǎn)角氣孔位于鑄件的內(nèi)轉(zhuǎn)角處,延伸到熱節(jié)點(diǎn),產(chǎn)生這種氣孔的原因是由于內(nèi)角處型砂受熱作用強(qiáng)烈,型(芯)砂大量發(fā)氣,又不易排出,集聚到壓力足夠大時,就從最后凝固部位處(熱節(jié)點(diǎn))的表面突破,進(jìn)入到鑄件內(nèi)部而造成氣孔,球鐵凝固時由于石墨化造成的凝固薄膜膨脹,也會加重這種缺陷。黑斑塊為二次氧化物組成,稱黑渣,由于球化處理后的鐵液在輸送、澆注、充型過程中有翻滾,飛濺而破壞了液面上的鎂蒸氣的保護(hù)作用,立刻就會產(chǎn)生固態(tài)渣而仍然會形成黑渣。主要出現(xiàn)在鑄件的上表面,砂芯的下表面或鑄件的死角處。1.4同類型鑄件的工藝驗(yàn)證原因分析后,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝過程和相關(guān)資料介紹的措施,在生產(chǎn)中制定了如下驗(yàn)證措施:1)保證芯子上涂料均勻,涂料層不得有破損,芯子使用前烘干;2)調(diào)整芯子強(qiáng)度,減少砂芯發(fā)氣量;3)調(diào)整芯子排氣通道,使芯子排氣暢通;4)調(diào)整爐料配比、澆注溫度和澆注速度;5)更換球化劑,由稀土鎂硅鐵合金更換為稀土硅鐵合金;6)減小內(nèi)腔R15相對應(yīng)的外形加工余量等。前5項(xiàng)措施經(jīng)逐一驗(yàn)證,都沒有明顯效果。在此情況下,采取了第6項(xiàng)措施,因在鑄件內(nèi)腔R15環(huán)形截面處出現(xiàn)缺陷最多,對相對應(yīng)的外形,在加工余量允許的條件下,減小了加工余量,經(jīng)計(jì)算減少重量為250g,經(jīng)小批驗(yàn)證,對于轉(zhuǎn)角缺陷有了明顯改善。實(shí)踐驗(yàn)證,由于芯子內(nèi)角處受熱作用強(qiáng)烈,芯砂大量發(fā)氣,又不易排出,集聚到壓力足夠大時,就從最后凝固部位處(熱節(jié)點(diǎn))的表面突破,進(jìn)入到鑄件內(nèi)部而造成氣孔原因分析是正確的。而對于黑斑塊二次氧化物是因?yàn)殍T件較大,澆注過程中,鑄件型腔較深,鐵水產(chǎn)生紊流發(fā)生二次氧化造成的。所以同類型鑄件,采用同一工藝方案,因大小區(qū)別帶來了大不相同的效果。針對該鑄件,唯一的解決辦法只能改變鑄造工藝方案。2無冒口鑄造工藝改進(jìn)后的鑄造工藝方案采用底注式,以直澆道為中心,均勻布置6個鑄件,6個鑄件共用同一個直澆道,如圖4。利用澆注系統(tǒng)的后補(bǔ)縮作用,澆注結(jié)束后澆注系統(tǒng)短期暢通的補(bǔ)縮作用和凝固過程中石墨化膨脹來補(bǔ)償鐵液的冷卻、凝固收縮,實(shí)現(xiàn)不專設(shè)補(bǔ)縮冒口的工藝(稱為“無冒口鑄造工藝”)。應(yīng)用澆注系統(tǒng)(直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道)長時間澆注過熱自然形成的鐵水通道,依靠直澆道的高壓頭鐵水向鑄件補(bǔ)縮,來保證鑄件各部位沒有縮松(孔),省去了專用冒口補(bǔ)縮。此工藝技術(shù)方案,要保證控制、解決好如下四個方面的工藝技術(shù)問題:1)保證控制鑄件從上端口部到下端口部位,對澆滿鑄件型腔的鐵水要形成從上到下的“順序凝固”,下端口部位最終凝固;2)保證控制鑄件在整個凝固全過程中,澆注系統(tǒng)內(nèi)的鐵水始終處于液態(tài)并與大氣相通,能源源不斷地及時供給鑄件在整個凝固全過程中產(chǎn)生收縮的補(bǔ)給量;3)解決好在整個澆注全過程中,鐵水的備渣(砂)問題;4)解決好在整個澆注全過程中,鑄件型(芯)腔內(nèi)的及時排氣問題。工藝裝備設(shè)計(jì)主要是針對解決“底注無冒口澆注”工藝方案中最關(guān)鍵的前兩個技術(shù)問題。2.1鐵水溫度梯度的影響分析1)鐵水流經(jīng)路線降溫形成溫度梯度在澆注過程中,鐵水流經(jīng)的路線是:澆口杯→直澆道→橫澆道→內(nèi)澆道→鑄件(由下到上)鐵水與砂型接觸吸熱降溫后,自然形成了沿流經(jīng)路線相一致的由低到高的溫度梯度,與工藝設(shè)計(jì)的“順序凝固”相一致。2)調(diào)整加工余量形成溫度梯度鑄件產(chǎn)品自身壁厚結(jié)構(gòu)有一定差值,通過增加不等的加工余量,人為造成與型腔中鐵水要求順序凝固相一致的壁厚變化,也就是由鑄件小口部位到大口部逐漸變薄的趨勢過渡。通過以上兩者疊加,充分保證了鐵水在鑄件型腔中的順序凝固。2.2澆注系統(tǒng)內(nèi)鐵水流動通道不斷完善,設(shè)計(jì)要確保澆注系統(tǒng)內(nèi)鐵水能源源不斷地及時供給鑄件在整個凝固全過程中產(chǎn)生收縮的鐵水補(bǔ)給量,必要條件是澆注系統(tǒng)內(nèi)鐵水必須完全晚于鑄型內(nèi)鐵水的凝固速度,并且還必須使?jié)沧⑾到y(tǒng)內(nèi)鐵水流動通道完全暢通。需重點(diǎn)考慮以下三個方面的設(shè)計(jì):1)(澆注系統(tǒng)中的)直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道截面積對鐵水流動的分配比例關(guān)系;2)直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道截面積凝固模數(shù)與鑄件補(bǔ)縮模數(shù)的比例關(guān)系;3)在澆注初期,澆注系統(tǒng)為完全開放式,待鐵水完全充滿內(nèi)澆道、橫澆道后轉(zhuǎn)化為封閉式。當(dāng)直澆道、橫澆道足夠大時,內(nèi)澆道的截面積大小和長短參數(shù)控制是保證鑄件最后凝固的部位是否有縮松或縮孔的關(guān)鍵。2.3“齒輪”擋渣板設(shè)計(jì)在直澆道上首先設(shè)計(jì)了安放纖維過濾網(wǎng)以過濾鐵水渣質(zhì)。橫澆道為水平設(shè)計(jì),又在每個橫澆道上平面的適當(dāng)位置設(shè)計(jì)“鋸齒”擋渣(砂)板1個,當(dāng)鐵水很快充滿橫澆道后,應(yīng)用渣、砂比重小漂浮在鐵水上面的條件,通過“鋸齒”擋渣板將渣(砂)擋在內(nèi)澆道外,避免渣(砂)進(jìn)入鑄件型腔。2.4其他氣體的殘留在型腔中澆注過程中,鐵水對砂芯過燒產(chǎn)生的氣體,部分已通過芯子中間通道向上排向大氣中,部分還滯留在型腔中。滯留在型腔中的氣體還有兩種,一是本身型腔中的氣體,二是鐵水對砂型、砂芯過燒產(chǎn)生的氣體。對于型腔能否充滿鐵水和