轉(zhuǎn)輪轂體球墨鑄鐵件無(wú)冒口鑄造工藝方案的選擇

轉(zhuǎn)輪轂體球墨鑄鐵件無(wú)冒口鑄造工藝方案的選擇

無(wú)偽造工藝是提高工藝可靠性的有效途徑。該工藝自出現(xiàn)以來(lái),其應(yīng)用不斷發(fā)展。特別是在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,要求鑄件成本不斷降低,根據(jù)鑄件特點(diǎn),正確運(yùn)用均衡凝固理論和無(wú)冒口鑄造技術(shù),拓展球墨鑄鐵件無(wú)冒口鑄造工藝的應(yīng)用范圍,更顯得十分必要。轉(zhuǎn)轂體球墨鑄鐵件是某設(shè)備上的一個(gè)關(guān)鍵鑄件,某廠在為該設(shè)備配套試制時(shí),曾經(jīng)采用過(guò)多種工藝方案均未獲得滿意效果,后采用了無(wú)冒口鑄造的工藝方案將該鑄件試制成功。本文擬通過(guò)轉(zhuǎn)轂體球墨鑄鐵件鑄造工藝方案的設(shè)計(jì)比較和實(shí)踐檢驗(yàn),說(shuō)明此類深筒形球墨鑄鐵件運(yùn)用無(wú)冒口鑄造工藝方案的可行性、有效性和優(yōu)點(diǎn)。1u2004合構(gòu)成轉(zhuǎn)轂體鑄件主要由1個(gè)Ф180mm、深950mm和8個(gè)Ф100mm、深600mm的筒體按同一方向呈捆綁式組合構(gòu)成(見(jiàn)圖1),鑄件材質(zhì)為QT500-7并經(jīng)時(shí)效處理,重570kg,鑄件最大壁厚為160mm,最小壁厚為30mm。9個(gè)筒體內(nèi)不允許存在縮孔、縮松、夾砂和夾渣等鑄造缺陷,各筒體內(nèi)壁機(jī)械加工粗糙度要求為Ra=0.4μm。可見(jiàn),這是一個(gè)深筒形,厚壁較大且壁厚差亦較大的鑄件,并且鑄件內(nèi)在質(zhì)量要求較高,有一定鑄造難度。2澆注位置的確定進(jìn)行工藝分析時(shí),考慮到深筒形鑄件豎直澆注有利于獲得高質(zhì)量的筒形內(nèi)壁組織,以及方便造型、制芯、配箱操作和滿足鑄件內(nèi)在質(zhì)量的要求等因素,認(rèn)為鑄件無(wú)論采用何種工藝方案,鑄件的澆注位置都應(yīng)采用自上而下的方式(如圖1),所以在以后幾種方案中均采用此澆注位置。工藝設(shè)計(jì)其它方面的考慮如下。2.1壁厚材料的清理后出現(xiàn)的問(wèn)題通常鑒于鑄件的深筒形特點(diǎn),為了有利于充型,考慮澆注系統(tǒng)分層引入而設(shè)計(jì)為三箱造型,并根據(jù)常規(guī),在鑄件壁厚最厚的頂部安放了3個(gè)Ф120mm的明頂冒口對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。但鑄出的鑄件經(jīng)清理后檢查發(fā)現(xiàn),主要存在以下問(wèn)題:①冒口根部存在明顯的縮松和晶粒粗大,鑄件頂部的質(zhì)量不能保證;②鑄件機(jī)械加工后在筒體內(nèi)部也發(fā)現(xiàn)大面積的縮松;③由于內(nèi)澆道直接沖刷砂芯而導(dǎo)致鑄件形成大量的夾砂和局部粘砂。鑄件不能滿足質(zhì)量要求。2.2明頂冒口方案為解決明頂冒口工藝方案出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題,改用隨形環(huán)狀冒口加上雨淋式澆注系統(tǒng)工藝方案(圖2)。由于澆注系統(tǒng)的改變,相應(yīng)地將三箱造型改為兩箱造型,并設(shè)置型腔出氣口。鑄出的鑄件經(jīng)清理后檢查,未發(fā)現(xiàn)明頂冒口方案中出現(xiàn)的鑄造缺陷,機(jī)械加工后其內(nèi)部質(zhì)量亦可達(dá)到技術(shù)要求。但該工藝存在冒口切割非常困難、鑄件工藝出品率低(56%)、鑄造生產(chǎn)和機(jī)械加工的成本大大增加、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益下降等問(wèn)題。2.3無(wú)冒口工藝方案2.3.1隨形環(huán)形冒口補(bǔ)縮效果分析鑒于上述兩個(gè)方案對(duì)成敗原因作以分析。①明頂冒口只能補(bǔ)償鑄件的一次收縮而不能補(bǔ)償共晶后期的二次收縮。冒口頸不能在鑄件大量凝固時(shí)完全凝固,鑄件在達(dá)到共晶溫度大量析出石墨產(chǎn)生石墨化膨脹時(shí),出現(xiàn)鐵液反饋到冒口中去的現(xiàn)象,致使鑄件最終得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮孔縮松缺陷,這是造成該方案失敗的主要原因。②隨形環(huán)狀冒口方案中,冒口實(shí)際上已與鑄件有效部分連為一體構(gòu)成了鑄件的上部分,在凝固時(shí),它們所需要的一次收縮補(bǔ)償只能來(lái)自澆注系統(tǒng),當(dāng)鑄件達(dá)到共晶溫度時(shí),上部的雨淋內(nèi)澆道已經(jīng)凝固,產(chǎn)生的石墨化膨脹不會(huì)通過(guò)雨淋內(nèi)澆道使鐵液反饋回去,實(shí)現(xiàn)了石墨化膨脹產(chǎn)生的自補(bǔ)縮。因此,為獲得致密鑄件創(chuàng)造了有利條件。但附加的隨形環(huán)狀冒口增加了成本,且其補(bǔ)縮作用也不甚明了。在上述兩個(gè)工藝方案的實(shí)踐基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)分析,對(duì)隨形環(huán)狀冒口工藝方案的冒口進(jìn)行仔細(xì)檢查和解剖分析,發(fā)現(xiàn)冒口內(nèi)部并無(wú)明顯的縮孔縮松缺陷,可見(jiàn)冒口的補(bǔ)縮意義不大。該鑄件的材質(zhì)為QT500-7,屬于碳硅含量適中的鐵素體與珠光體鑄鐵,適于無(wú)冒口鑄造;鑄件模數(shù)較大(76mm),石墨化膨脹壓力較模數(shù)小的鑄件大,有利于自補(bǔ)縮;造型制芯均采用干型,鑄型具有較好的強(qiáng)度和剛度,可防止過(guò)大的膨脹力而導(dǎo)致鑄件變形;若能較好地控制澆注溫度和澆注速度,保證澆注完畢后立即開(kāi)始石墨化膨脹及設(shè)置適宜的出氣口等,均有利于進(jìn)行無(wú)冒口鑄造,無(wú)冒口鑄造工藝方案如圖3所示。2.3.2無(wú)冒口工藝設(shè)計(jì)(1)輸入位置鑄件的澆注位置保持不變。(2)剩余工作為確保鑄件加工面的質(zhì)量,將原鑄件頂部的加工余量由7mm增加到15mm。(3)造型與芯的連接造型制芯仍采用粘土砂干型,涂刷石墨水基涂料。(4)工藝參數(shù)的確定設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想仍沿用原上雨淋式澆注系統(tǒng),盡可能地使該系統(tǒng)能在澆注時(shí)產(chǎn)生良好的擋渣作用,在凝固時(shí)能對(duì)鑄件進(jìn)行有效的一次收縮補(bǔ)償,在鑄件達(dá)到共晶溫度時(shí)雨淋內(nèi)澆道能完全凝固,使鑄件充分利用石墨化膨脹進(jìn)行自補(bǔ)縮。因此,根據(jù)實(shí)際情況選擇了具有較好擋渣效果的半封閉式澆注系統(tǒng),并將澆注系統(tǒng)各斷面比確定為:∑F內(nèi)∶∑F橫∶∑F直=1∶3∶1.2。根椐鑄件總重為570kg,查圖4得出內(nèi)澆道總斷面積為∑F內(nèi)=12.5cm2?？紤]到無(wú)冒口鑄造應(yīng)選取多而分散、模數(shù)小的內(nèi)澆道,以保證快速澆注和澆道適時(shí)凝固,設(shè)計(jì)時(shí)采用8個(gè)內(nèi)澆道。則每一內(nèi)澆道斷面積為12.5/8=1.56cm2。內(nèi)澆道取Ф14mm。橫澆道總斷面積∑F橫=12.5×3=37.5(cm2)。橫澆道取65mm×65mm×50mm的高梯形截面環(huán)狀澆道。直澆道總斷面積∑F直=12.5×1.2=15(cm2)。直澆道取Ф45mm。相關(guān)的工藝參數(shù)如下。鐵液從內(nèi)澆道流出的速度:V=μ(2?gHP)1/2=0.75×(2×9.8×0.3)1/2=1.819(m/s)鐵液流量:Q=∑F內(nèi)Vγ=12.5×1.819×7.3=16.6(kg/s)澆注時(shí)間:t=Gz/Q=650/16.6=39(s)鐵液在型內(nèi)的上升速度:V上升=L/t=1050/39=0.0269(m/s)式中μ——流量系數(shù),取0.75γ——鐵液密度,取7.3kg/dm3HP——平均壓力頭,取300mmL——鑄件與澆口總高度,取1050mmGz——澆注金屬液總重,取650kg在設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)上,通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證,獲得了質(zhì)量完全符合要求的鑄件,且鑄件工藝出品率為87.7%,極大地提高了效益。3無(wú)冒口鑄造有利于鑄造速度的提高實(shí)踐證明,造型制芯均采用干型,使鑄型具有較好的強(qiáng)度和剛度,可防止鑄件變形;同時(shí)若能較好地控制澆注溫度和澆