大直径轴承座主传动壳铸造工艺研究

大直径轴承座主传动壳铸造工艺研究

主壳体是该工艺的重要零件。轮廓尺寸2010mm310mm，重量85kg，材料zg270-500，如图1所示。上部轴承座部位为圆环形,壁厚50mm,下部联接盘下有2个轴承座,4个热节点,热节圆⌀65mm,中部环形部位壁厚12mm。1腰形明冒口试制初期采用原生产厂工艺方案,水玻璃砂型砂芯,联接盘朝下,下部两个轴承座4个热节点⌀65mm处下冷铁,上轴承座上安放2个腰形明冒口,尺寸为70mm×100mm×100mm,内浇道铁液从联接盘2个轴承座中间切向引入,2个腰形明冒口撒保温剂。存在主要问题是,加工后虽然加工面上未发现铸造缺陷,但联接盘和中间环形主壁“L”形交接加强筋处有气缩孔。两轴承座4个热节点⌀65mm处解剖有比较大的缩孔,联接盘内浇道引入处加工后个别件有裂纹。同时,内腔型砂不容易清理干净,影响铸件质量,需改进提高。2改进的扩张系统设计2.1u2004凝固时间计算上部轴承座部位环形①ø252ø152×100(mm),模数=12(R-r)=2.5cm。重量24.7kg。中部环形②主壁厚12mm,模数=1.2/2=0.6cm。“T”形主筋处模数M=0.85cm。联接盘和中部环形“L”形交接并有加强筋处③即试制初期出现气缩孔部位,经计算模数为0.914cm。联接盘内环④按壁厚15mm的板,计算模数=δ/2=0.75cm。联接盘外缘⑤为截面50mm×25mm的杆,模数=a×bz(q+b)-c=0.93cm。2个下轴承座4个热节点⌀65mm处;⑥按65×65×105mm立方体计算模数为1.57cm,下轴承座2个⌀65mm热节中间部位;⑦为35×76mm的杆,计算模数为1.44cm。铸件各部位凝固时间按公式τ=Μ2k2计算。k为凝固系数,取1.3。各部位凝固时间为①3.7min;②0.2min;③0.49min;④0.33min;⑤0.51min;⑥1.46min;⑦1.27min。中部环形部位壁厚12mm,模数0.6cm,凝固时间0.2min。“T”形筋处模数0.85cm,凝固时间为0.4275min,比上轴承座及下联接盘及轴承座模数都小的多,凝固快的多,隔断了上轴承座及2个明冒口对联接盘及两个下轴承座的补缩,构成了2个补缩区,中部环形部分壁厚12mm,及加强筋处相当板件,补缩距离也分别为L=2δ=2×12=24(cm)及L=2×2×0.85=34(mm),上轴承座及两个明冒口对联接盘及两个下轴承座的补缩可以忽略不计。上轴承座及中部环形部位补缩区凝固顺序为以②→①。联接盘及2个下轴承座补缩区凝固顺序为从③+④+⑤→⑥+⑦。2.2冒口及被冒口设计浇冒口系统设计见图2。按冒口补缩设计三原则设计并校核。(1)冒口晚于铸件凝固,M冒∶M颈∶M件=1.2∶1.1∶1.0;(2)冒口有足够补缩钢液量;(3)校核补缩距离。2.2.1m保的确定上轴承座及中部环形补缩区最大模数2.5cm,仍采用原工艺明腰形冒口70mm×100mm×100mm,重量4.34kg,浇注时加保温剂,几何模数2.125cm,模数增大系数取1.5,则M保=1.5M几=1.5×2.125=3.19cm。(1)计算示例和铸造模型的比率Μ保Μ件=3.192.5=1.275＞1.2,满足要求。(2)钢液收缩率测定方法G件≤1.07G保(η-ε)ε式中η——明冒口补缩效率(25%～30%),撒保温剂,η=27%;ε——钢液收缩率,取ε=4.6。G件=24.7+17.3=42(kg)=1.07×2×4.34(27-4.6)4.6=45＞42,满足要求因考虑中部环形部位模数很小,冷却速度最快时间很短,补缩距离也很短,未计上部明冒口对联接盘及下轴承座和其上2个暗顶冒口的补缩。2.2.2顶冒口补缩能力2个轴承座4个热节⌀65mm处的冒口设计有2个方案,一个是边冒口,一个是顶冒口。边冒口的优点是切割打磨清理方便,但补缩效率很低,砂箱尺寸大。顶冒口的优点是补缩效率高,一个冒口补缩2个热节,砂箱尺寸小,但顶冒口尺寸、位置受限,切割打磨清理不方便,为保证铸件质量选用顶冒口补缩,冒口尺寸按设置位置选取80mm×110mm×100mm,重量4.78kg模数2.015cm,2个热节圆⌀65mm中心距190mm,偏离因数S=95/65=1.46。(1)冒口和铸件模数比ΜRΜ1=2.0151.57=1.28＞1.2(2)补缩能力核算1.07GR(η-ε)ε=1.07×2×4.78(15-4.6)4.6=23kg＜43kg,说明冒口补缩能力不够,改进措施是:(1)浇注系统当冒口设计并验算;(2)采用保温冒口。2.2.3浇注系统当冒口先进行浇注系统当冒口设计并验算,再进行生产验证。转包浇注为了挡渣良好,采用半封闭式浇注系统,其结构组成为直浇道,单向横浇道,内浇道从联接盘模数0.93cm处切向引入。取截面比为F直∶F横∶F内=1.3∶1.5∶1.0按F内=1.1√Gc=1.1√85=10.14cm2,取尺寸为16mm×60mm,F内实=9.6cm2,模数0.63cmF横=1.5×F内=1.5×9.6=12.48cm2,取尺寸35/40×40(mm),F横实=15cm2,模数0.93cm。F直=1.3F内=1.3×9.6=12.48cm2,取直径⌀40mm,F直实=12.57cm2,模数1cm。实际浇道截面比F直∶F横∶F内=12.57∶15.00∶9.60=1.3∶1.6∶1.0。采用模数法对浇注系统当冒口进行核算。直浇道当冒口,M直冒=f1f直流Mc=1.2×0.75×0.93=0.837cm<1cm;横浇道当冒口,M横冒=f横流Mc=0.8×0.93=0.75<0.93cm;内浇道当冒口颈,M内顶=f内流f2Mc×H=0.55×0.9×0.93×1.1=0.45cm<0.63cm。式中f1——冒口平衡系数,取1.2;f直流——直浇道流动效应系数,取0.75;f横流——横浇道流动效应系数,取0.8;f2——内浇道长度系数,取0.9;f内流——内浇道流动效应系数,取0.55;1.1——冒口颈增大系数。浇注系统各组元满足当冒口的要求。浇注系统当冒口补缩效率有多少?没有现成资料,同时补缩效率又和铸件结构形状、尺寸大小,铸件材质、浇注引入位置、浇注温度、冒口尺寸大小、补浇形式等多因素有关,冒口设计参数又多是经验数据,需在生产中验证。铸型仍采用CO2水玻璃砂,砂芯采用树脂砂,浇注系统当冒口联合补缩浇注2炉10件,联接盘和中部环形“L”形交接三角筋交接处气缩孔消除,机械加工后未出现任何缺陷,4个⌀65mm热节解剖后缩孔尺寸大大减小,内腔砂芯容易清理。铸件称重比原工艺平均增加2kg,由83kg增加到85kg,这2kg应该是联接盘及2个轴承座得到浇注系统当冒口联合补缩增加的重量。下面进行校核。(1)u2004锚点补缩和浇注系统直浇道⌀40×300(mm),重量2.9kg。横浇道3540×40(mm),长200mm,重量2.4kg。内浇道16×60(mm),长20mm,计算长度60mm,重量0.45kg。浇注系统总重=2.9+2.4+0.45=5.8kg2个腰形暗顶冒口80×110×100(mm),重量为2×4.78=9.56kg,补缩效率按15%计算,补缩量为9.56×15%=1.44kg,其中补缩给43kg铸件的补缩量为4343+9.56×1.44=1.18kg。浇注系统当冒口给43kg铸件的补缩量为2-1.18=0.82kg。43kg铸件占铸件+浇注系统总重量的比例为4343+5.8=88%,浇注系统重占12%,浇注系统重5.8kg,自补重量为0.820.88×12%=0.11kg。10.7GR(η-ε)ε+1.07G浇(η-ε)ε=1.07×9.56(15-4.6)4.6+1.07×5.8(16-4.6)4.6=38kg＜43kg。浇注系统当冒口联合补缩只能补缩38kg铸件重量,尚有43-38=5kg铸件重得不到补缩,因此在4个热节⌀65mm处还有比较小的缩孔。(3)收缩率的计算浇注系统当冒口联合补缩铸件最大重量38kg,也即这38kg钢液凝固时得到2kg的补缩量,钢液收缩率=238=5.3%。(4)铸造补缩能力浇注系统当冒口和2个腰形顶暗普通冒口(80mm×110mm×100mm)联合补缩,补缩量仍不够,采用保温冒口能大大提高冒口和铸件之间的温度梯度,增大补缩扩张角,延长补缩距离,提高冒口补缩效率,补缩效率一般25%～30%,取27%核算补缩能力。Gj≤1.07×G保(η保-ε)ε+1.07×G浇(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)＞