e型軸箱體的設(shè)計

e型軸箱體的設(shè)計

e軸箱是鋼鋼集團(tuán)鐵路運(yùn)輸設(shè)備制造公司的主要產(chǎn)品。它是kf60自緊鎖的關(guān)鍵零件。它是轉(zhuǎn)向組件之一，用于保護(hù)和潤濕車輛軸的端部。軸箱體屬于薄壁箱體類鑄件,工藝復(fù)雜程度較高,我公司采用的原鑄造工藝方案生產(chǎn)的軸箱體常常產(chǎn)生縮孔、底漏等缺陷,鑄件的廢品率較高,嚴(yán)重地影響公司新造車的生產(chǎn)進(jìn)度,成為軸箱體生產(chǎn)中必須認(rèn)真解決的問題。對此,公司鑄造技術(shù)人員經(jīng)過認(rèn)真分析討論,進(jìn)行多次工藝試驗,不斷總結(jié)經(jīng)驗,針對軸箱的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求重新改進(jìn)了工藝方案,采用新工藝方案生產(chǎn)的軸箱體消除了縮孔、底漏等缺陷,產(chǎn)品的合格率大幅度提高,保證了公司新造車的生產(chǎn)需求。1鑄件工藝設(shè)計E型軸箱體的結(jié)構(gòu)尺寸為429mm×360mm×330.5mm,主要壁厚尺寸為10mm,鑄件毛坯重80kg,為典型的薄壁箱體類鑄件,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。材質(zhì)為ZG230-450,其內(nèi)控化學(xué)成分要求為:0.20%~0.30%C,0.20%~0.50%Si,0.50%~0.90%Mn,≤0.04%P,≤0.04%S。鑄件加工前,應(yīng)經(jīng)正火處理,正火處理后力學(xué)性能要求為:σb≥450MPa,σs≥230MPa,δ≥22%,ψ≥32%,鑄件加工后不允許存在縮孔、縮松、砂眼、渣孔等缺陷,成品交驗前需要用樣板檢測內(nèi)腔有關(guān)尺寸,裝配前應(yīng)用柴油進(jìn)行滲漏油試驗。造型方法為塑料實樣,劈模造型,即在垂直方向?qū)⒛臃殖扇龎K。采用水玻璃石灰石砂手工造型、制芯,分型面如圖1所示,鑄件大部分放入下砂箱內(nèi),鑄型內(nèi)、外部由1#、2#、3#砂芯形成,軸箱體上部兩尷37mm×30mm孔處平面分別設(shè)置尷80mm×120mm冒口各1個,澆注系統(tǒng)開設(shè)在1#砂芯上,澆注時鋼液從一端靠近底部兩側(cè)進(jìn)入砂型型腔。由于兩尷37mm×30mm孔底部平面需要進(jìn)行機(jī)械加工,在該部位設(shè)置40mm×40mm×10mm外冷鐵各1塊,以加速該部位的冷卻,保證該部位組織致密。采用5噸堿性電弧爐進(jìn)行氧化-還原法煉鋼,漏包澆注,熱電偶測溫,出鋼溫度為1620~1640℃,澆注溫度1530~1580℃,澆注后1小時打箱,采用干法清砂。采用箱式電阻爐進(jìn)行正火熱處理,熱處理工藝規(guī)范為:升溫至880℃,保溫4h,出爐后在空氣中冷卻。軸箱體熱處理后進(jìn)行精整,其內(nèi)腔尺寸通過樣板檢測合格后進(jìn)行滲漏油試驗。主要工藝參數(shù):鑄造收縮率取2%,加工余量+8mm,分型負(fù)數(shù)取-1mm,起模斜度3mm。2原工藝方案導(dǎo)致的制造缺陷的原因2.1冒口的壓降問題在軸箱體頂部2個尷37mm×30mm孔、頂部2個M12×15孔進(jìn)行機(jī)械加工后在孔側(cè)壁均發(fā)現(xiàn)存在縮孔、縮松現(xiàn)象。分析其原因:以上4個出現(xiàn)縮孔、縮松的部位壁厚和鄰近壁厚相比比較厚大,是鑄件熱節(jié)部位,澆注后鋼液凝固較慢;澆注時鋼液先進(jìn)入鑄件底部,其次進(jìn)入鑄件側(cè)壁,最后進(jìn)入頂部區(qū)域及冒口,因此從溫度梯度來看,冒口處溫度最低,造成冒口對上述部位補(bǔ)縮能力不足;此外,澆注操作時不注意點澆冒口,也是軸箱體產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷的一個原因。2.2工藝條件方面的原因底漏缺陷是指澆注后在軸箱體底部產(chǎn)生澆不足現(xiàn)象。通過觀察發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生底漏缺陷位置在軸箱體底中后部,面積約為40mm×60mm。鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,壁厚越薄,金屬液的流動阻力越大,鑄型的充填就越困難,而軸箱體是典型的薄壁箱體復(fù)雜類鑄件,因而軸箱體易產(chǎn)生充填缺陷,如果再受不利工藝條件影響,則軸箱體產(chǎn)生充填缺陷的概率更高。結(jié)合軸箱體的生產(chǎn)原始記錄分析,可以看出,軸箱體產(chǎn)生底漏缺陷與下列工藝條件有關(guān):質(zhì)軸箱體造型、制芯用的型、芯砂均是發(fā)氣量很大的石灰石砂,澆注時在高溫金屬液的作用下,會產(chǎn)生大量的氣體,使鑄型型腔中產(chǎn)生很大的氣體壓力,阻礙金屬液的流動,降低其對鑄型的充型能力。澆注溫度對金屬液充填鑄型的能力有決定性的影響。在一定溫度范圍內(nèi),澆注溫度愈高,鋼液充型能力提高;反之,充型能力降低。當(dāng)鋼液充型能力降低到一定值時,就會造成軸箱體產(chǎn)生底漏缺陷。經(jīng)對軸箱體以往生產(chǎn)原始記錄分析可以看出,當(dāng)澆注溫度低于1550℃時,產(chǎn)生底漏的軸箱廢品率高達(dá)30%。另外,澆注操作過程中斷,即澆注過程鋼液斷流時,也會產(chǎn)現(xiàn)底漏。由于軸箱體底部壁厚僅為10mm,澆注過程中如果出現(xiàn)中斷現(xiàn)象,先澆入的鋼液凝固后就會堵塞后澆入鋼液的充填通道,造成軸箱體底部產(chǎn)生底漏缺陷。合箱后較長時間內(nèi)不進(jìn)行澆注,1#砂芯會產(chǎn)生下沉現(xiàn)象,造成軸箱體底部壁厚過薄,達(dá)不到鋼液充填要求的臨界壁厚8mm,則造成軸箱體產(chǎn)生底漏缺陷。3改進(jìn)后軸托的制造工藝方案3.1軸實際冒口的設(shè)置由于軸箱體是薄壁類鑄件,因此總體上按照同時凝固原則進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計。兩個尷37mm×30mm孔底部仍放40mm×40mm外冷鐵各1塊,以加快該部位的冷卻速度;上部兩個尷37mm×30mm孔處平面仍分別設(shè)置尷80mm×120mm冒口各1個;此外,在軸箱體上部2個M12×15孔處設(shè)置尷40mm側(cè)暗冒口2個,以加強(qiáng)對該部位的補(bǔ)縮。除采用原開設(shè)的澆注系統(tǒng)外,在軸箱體上部再增設(shè)兩道內(nèi)澆道,仍開設(shè)在1#砂芯上,如圖2所示。這樣澆注后鋼液首先注入澆口杯,然后通過開設(shè)在砂芯上的橫澆道、內(nèi)澆道注入型腔底部,軸箱體底部先凝固,其液態(tài)收縮和固態(tài)收縮分別由軸箱體側(cè)壁和上部鋼液補(bǔ)給,當(dāng)鋼液上升到軸箱體上部新開設(shè)的內(nèi)澆道位置處時,鋼液從該位置進(jìn)入鑄型,這樣可提高冒口的溫度,有利于加強(qiáng)冒口對尷37mm×30mm孔、M12×15孔位置的補(bǔ)縮,冒口最后凝固,以便消除縮孔、縮松。為加快尷37mm×30mm孔位置的冷卻速度,放入尷12mm內(nèi)冷鐵兩根,依靠2#砂芯在砂型內(nèi)定位。3.2灌溉采用水平分型、水平澆注的方案,分型面仍選在軸箱體上部板的下面,這樣鑄件大部分放在下箱,使造型、下芯、合箱都很方便。3.3砂型工藝設(shè)計為減少鑄型澆注后的發(fā)氣量,改用水玻璃砂造型、制芯,型芯砂配比:40/70目硅砂100%,普通粘土1%,水玻璃8%。水玻璃模數(shù):當(dāng)室內(nèi)溫度≤10℃時,為2.4~2.6;當(dāng)室內(nèi)溫度≥10℃時為2.2~2.4。在混砂機(jī)內(nèi)首先加入硅砂,再加粘土干混合1min,再加水玻璃(若室內(nèi)氣溫低于10℃時,加催硬劑占硅砂的0.4%,并用60~80℃熱水溶解,攪拌均勻,待完全溶解后加入混砂中,混制1min)混制5~8min。混好后型芯砂的性能要求為:濕透氣性≥500,濕壓強(qiáng)度≤5kPa,水分3.4%~4.2%,干拉強(qiáng)度684~1177kPa。采用手工造型,每一砂箱內(nèi)放三件,劈模造型。造型時首先將模樣放在底板上,按工藝圖或工藝卡片放置外冷鐵,冷鐵要放正,不得歪斜,直澆道要用耐火磚。用30~50mm面砂將模樣捂嚴(yán)后裝入背砂,用搗固機(jī)撞實后翻箱,放上上模樣,用30~50mm面砂捂嚴(yán)后,裝入背砂,用搗固機(jī)撞實后翻箱,取出上、下模,修好砂型及分型面后,將制好的2#、3#砂芯放入砂型內(nèi),以保證軸箱體相關(guān)部位的尺寸精度,然后用二氧化碳吹硬上、下砂型,最后將上砂型及下砂型底部刷上涂料,以防止鑄件產(chǎn)生粘砂缺陷。1#芯改用鋁質(zhì)芯盒制作,以保證軸箱體內(nèi)腔的尺寸精度。制芯時在1#砂芯中間放入爐渣,以減少砂芯的發(fā)氣量,增加砂芯的退讓性,防止軸箱體產(chǎn)生裂紋。制2#砂芯時將尷12mm內(nèi)冷鐵放入2#芯盒中,這樣冷鐵可依靠2#砂芯在砂型內(nèi)定位。下1#砂芯前將型腔及砂芯上的砂刺及粘附的砂粒全部清除干凈,合上、下箱前在砂型型腔底部均勻放上5個泥球進(jìn)行驗箱,然后開箱進(jìn)行檢查,鑄件底部符合工藝圖規(guī)定壁厚要求時方可進(jìn)行澆注。此外,為防止軸箱體1#砂芯下沉,工藝規(guī)定軸箱體合箱后8h內(nèi)必須澆注,否則需要重新進(jìn)行驗箱,檢測軸箱體鑄型底部壁厚。采用5t堿性電弧爐氧化-還原法冶煉。鋼液脫氧質(zhì)量檢驗良好,爐渣流動性好,化學(xué)成分調(diào)整完畢,鋼液溫度測定達(dá)到1620℃以上,即可出鋼。采用漏包澆注,出鋼前要將鋼包烘烤至暗紅色;出鋼后要測溫并鎮(zhèn)靜鋼液。澆注溫度控制