利用模数法设计球墨铸铁件的冒口冷铁工艺实例_薛蕊莉

1、·· 薛蕊莉,林艳茹(宁夏共享集团有限责任公司,宁夏银川750021摘要:铸件模数的计算对控制铸件的凝固顺序十分重要。为解决发电内衬铸件上的缩松问题,笔者利用模数法设计球墨铸铁件的冒口及冷铁,且通过该方法成功地解决了铸件的缩松问题。结果表明,改进后同类产品的废品率由改进前的23.6%左右降低到2%以下。关键词:模数;补缩距离;冒口;冷铁中图分类号:TG143.5文献标识码:A文章编号:1001-4977(201212-1462-03利用模数法设计球墨铸铁件的冒口冷铁工艺实例收稿日期:2011-02-26收到初稿,2011-03-20收到修订稿。XUE Rui-li,LIN

2、Yan-ru(Ningxia Kocel Group Co.,Ltd.,Yinchuan 750021,Ningxia,China Process Example of Risers and Chills of Ductile Iron Casting byModuli Calculation MethodAbstract :Calculation of casting modulus is very important for the control of sequence solidification of thecasting.In order to solve the disperse

3、d shrinkage of power lining casting,the moduli calculation method was used to design the risers and chills of the ductile iron casting,and the dispersed shrinkage was successfully solved by the method.The results show that the rejection rate of the similar products decreases from 20%to 2%after impro

4、vement.铸造FOUNDRY由于球墨铸铁糊状凝固的特点,缩松缺陷一直是困扰球墨铸铁件生产的难题,所以技术人员在设计工艺时形成一个习惯采用大量的冷铁。虽然采用冷铁能在一定程度上降低缩松缺陷,但是使用大量冷铁造成成本高,操作难,并且有些产品使用冷铁越多反而成功率更低。通过不断摸索和学习,利用模数法进行严格计算,建立良好的补缩通道,可以很好地解决球墨铸铁缩松缺陷。本文中所述的产品是燃气发电铸件之一的内衬铸件,长期以来工艺上采用很多冷铁,但是废品率一直居高不下,在2010年8月至2011年5月,共生产72件,由于缩松导致的废品12件,占总废品的70.6%,见图1。1产品参数及原工艺铸件高度620m

5、m ,外圆最大半径494mm ,顶部内圆半径372mm ,铸件最大壁厚(顶部81mm ,最小壁厚38mm ,铸件重366kg ,材质要求为ASTM 标准的A395。原工艺冷铁及冒口工艺见图2,外侧铺满厚度40mm 的灰铸铁冷铁,内侧在凸出位置放置60mm 厚的冷铁,冒口为200mm ×200mm 的保温冒口4个。2工艺改进理论基础根据铸件凝固理论,铸件凝固时间决定于它的体图1原工艺产品缺陷统计的排列图Fig.1The Pareto diagram of different defects of original process 图2改进前工艺Fig.2The technology b

6、efore improvement1462··表1铸件模数计算结果Table 1Calculation results of the casting moduli铸造薛蕊莉等:利用模数法设计球墨铸铁件的冒口冷铁工艺实例积和表面积的比值,即铸件的模数,通常用M 表示。模数越大,凝固时间就越长,通常有如下公式:M C =VA (1T 凝固=K ×M C 2(2式中:M C 为铸件模数,cm ;V 为铸件体积,cm 3,A 为散热表面积,cm 2;T 为凝固时间,s ;K 为系数,不同的材料具有不同的值。3模数及收缩时间比例(ST 计算将铸件断面划分如图31,依据模数的

7、计算公式,计算各部分的模数见表1。产品的化学成分控制目标:3.35%3.65%C 、2.3%2.6%Si 、0.03%P 、0.04%0.045%Mg 。浇注温度13301350,型内温度达12801300。依据化学成分和型内温度,根据图4可计算出断面各部分的ST 值和铸件的收缩率(表1,ST 值就是在凝固过程中发生收缩的时间占整个凝固时间的比值1。4冒口设计4.1冒口位置确定不同于铸钢件的凝固方式,球墨铸铁在石墨析出后会产生体积膨胀,即在凝固过程中有收缩阶段,也有膨胀阶段。冒口的凝固不必晚于铸件,在膨胀开始的时候冒口关闭可充分利用石墨化的膨胀作用,要实现这一目标,则必须要满足:M N =1.

8、2ST %姨×M C(3式中:M N 为冒口颈模数,cm ;ST 为放置冒口处铸件凝固时间比例,%;M C 为放置冒口处铸件模数,cm 2。确定冒口放在1区还是2区,可通过公式来判断,如果满足这个公式,断面1可以补缩到断面2,反之则不能。对于该铸件判断式成立,则可以将冒口放置在断面1处2。4.2冒口模数计算带易割片的顶冒模数等于冒口颈的模数,利用式(3计算冒口的模数为1.2×0.33姨×2.8=1.930cm :即冒口的模数等于1.930cm 时可在石墨化膨胀之初冒口凝固关闭。4.3冒口体积圆柱体的冒口尺寸与模数的关系是:M R =RH 2(R+H (4式中:M

9、R 为冒口模数,cm ;R 为冒口的半径,cm ;H 为冒口的高度,cm 。选择半径R 为6cm 的冒口,则高度H 为11cm 的砂冒口就可以满足要求。4.4冒口数量的确定及核算球墨铸铁水平补缩距离为35倍的壁厚,该铸件放置的冒口部位水平长度为1360mm ,壁厚为122mm ,按最小补缩距离计算则需要放置4个冒口就可以沿水平补缩到。4个冒口能进行有效补缩的铁液量为14.3kg (砂冒口的有效补缩率仅为10%,铸件的收缩率为0.3%,则整个铸件需要补缩的量为1.09kg ,4个冒口足以进行补缩。5冷铁设计球墨铸铁的垂直补缩距离通常按照壁厚的7倍来计算,本铸件从顶部可以补缩到的距离是310mm

10、,即低于310mm 的铸件无法补缩到,会出现缩松缺陷。而且在模数较大的4部位要加强激冷,所以采用从底部开始铺设冷铁增大末端区,冷铁的铺设高度为310mm 。图3铸件断面划分Fig.3Section division of the casting图4收缩时间及收缩率计算图Fig.4Calculation graph of ST and shrinkage rate断面号12345ST /%3333482949收缩率/%0.31463··FOUNDRY6工艺模拟结果和实际结果通过模数法进行冒口和冷铁设计,并设计底注封闭式浇注系统3,将设计好的工艺转化成三维图形并利用MAGMA模拟软件进行工艺模拟验证,模拟结果显示缺陷很小,在可接受范围内,见图5。通过工艺改进后,从2011年10月至2012年3月共生产34件产品,因夹渣报废了2件产品,没有因为缩松产生的废品。7结束语通过此产品的改进,其工艺设计方法在技术人员中推广学习,利用模数法进行冷铁和冒口的设计,在大幅度提高产品质量的同时,减少了冷铁的使用量,降低操作者的劳动强度。参考文献:1John R Brown.Foseco ferrous foundryman's handbookM.London:Butterworth-Heinemann,2000:318-3