均衡凝固技术中的大、中件内浇口分散引入式浇注系统

均衡凝固技术中的大、中件内浇口分散引入式浇注系统

在日常铸造工艺设计中，考虑到铸造补充剂的问题，设计师通常先设计开口和冷却铁的设计。对于拱和冷铁，尤其是冷铁的预紧器，没有引起额外的兴趣。我厂对于各种液态补缩量较大的平板类、框架类、箱体类、机体类厚大断面的工作台、床身等铸件的浇注系统设计,采用分散引入式浇注系统,在不改变其他工艺参数的前提下,获得了理想的效果。众所周知,内浇口的过流面积控制着浇注时间,同时,也就控制了浇注期间的温度损失。内浇口的位置影响着浇注的铸件内部的温度分布,温度分布又影响着铸件的凝固方式,因而也与铸件的内部品质密切相关。均衡凝固技术提倡浇注系统多道分散引入,尽量避免因集中引入而使热量聚集,形成新的接触热节,导致铸件发生收缩缺陷。理论研究和生产经验证明,金属液充满铸型以后,在内浇口凝固以前,横浇道对铸件具有一定的液态补缩作用,此间金属液是完全相通的,铸件的液态收缩可以用横浇道作为补缩通道,进行有效补缩。为了最大限度地利用浇注系统的液态补缩作用,内浇道开设的位置也应遵循均衡凝固技术提出的冒口设置原则,即“离开热节,靠近热节”,我们称其为内浇道“靠边”原则,它是在其他所有工艺不改变的情况下,生产出优质铸件的1种工艺方法。为验证分散引入式浇注系统的补缩作用,曾在平板类铸件托盘体上采用,取得良好的效果。托盘体是自动化生产线上的1种底盘,材质为QT500-7,质量90kg,化学成分要求为:3.6%～3.8%C;2.4%～2.8%Si;<0.5%Mn;≤0.07%P;≤0.1%S。此件技术要求严格,大平面和各凸台不允许存在任何组织粗大、缩松等铸造缺陷,托盘体结构和最初设计的铸造工艺,如图1所示。试生产加工中,在冒口颈、凸台处不同程度存在组织粗大、缩松缺陷,经氮化处理后,缺陷非常明显。根据供需双方制订的铸件品质检验标准,此铸件为不合格品,对铸件缺陷分析认为,主要是薄壁平板类铸件中的局部厚大部分液态补缩不足造成的,虽然铸件补缩应以自补缩为基础,但受该件本身结构的限制,仅仅依靠石墨化膨胀还不能解决全部补缩问题,况且此类结构铸件的液态补缩仍需考虑补缩距离,虽然局部厚大部分可以用冷铁来调整凝固时间,仍然难以满足整个铸件整体均衡凝固的要求。为获得组织均匀的托盘体铸件,采用了将各凸台施放冷铁的工艺措施,铸件经机械加工后进行氮化处理,仍发现在冷铁有效作用区以外的某些位置不能达到要求。根据均衡凝固技术上部热节对下部热节而言,形成1个结构补缩冒口,分别称这两个热节的分体为结构冒口和结构铸件,热节间的铸件中间分体称为结构冒口颈,分析认为:在所有的补缩通道封闭以前,靠浇注系统近的热节可以是离浇注系统远的热节补缩冒口,冒口也仅是离其最近的热节的补缩冒口,而冒口颈、内浇道口能适时封闭,又是铸件满足自补缩的基本条件。因此,在不改变原冒口尺寸的前提下,内浇道采用薄、短、宽的形式,将内浇道的数量增加,在有几何热节的部位,内浇口按“靠边”的原则设计,改进后托盘体铸件工艺,如图2所示。在化学成分、浇注温度不变的情况下,获得了组织致密的铸件,氮化处理后大平面,各凸台均无缺陷,得到厂家的认可。以上的工艺试验可以看出,分散引入浇注系统具有使金属液平稳充满铸型的特性,而内浇口“靠边”原则,又使横浇道对铸件的液态收缩有较好的补缩作用,在工艺设计中,有凸凹的厚大断面部分尽可能设计在分型(芯)面处,这就为分散引入浇注系统和内浇口的“靠边”的设计提供了实际操作上的可能性。2采用分散引入式浇注系统生产工艺分散引入浇注系统和内浇口“靠边”布置的原则在托盘体类铸件上应用成功以后,又在框架类球铁件DT-1框上采用此工艺设计,如图3所示。DT-1框是结构均匀的框架类铸件,根据史蒂芬.I.卡塞博士对无冒口铸造球铁件铁液冶金品质的要求可知,冲天炉熔炼条件下难以采用无冒口铸造工艺,采用分散引入式浇注系统补缩配合出气冒口,成功地生产出优质铸件。机床类厚大断面铸件—工作台,生产难度大,工作表面要求硬度和组织均匀,不允许有组织粗大的缺陷,最初采用冷铁加冒口工艺,成品率一直不稳定,一旦铁液的成分有很小的波动,废品率就会上升。采用分散引入式浇注系统后,在没有改变其他工艺参数的条件下,生产出的铸件在工作面加工后、经着色探伤检查没有发现任何缺陷,其工艺见图4。将此工艺推广应用在机床类铸件床身上,铸造工艺如图5所示。采用分散引入式浇注系统和内浇口“靠边”设置,配以溢流冒口和阶梯浇注系统等综合措施,成功生产了机床类床身结构件。3浇注系统参数的设计根据中、小铸铁件半封闭式浇注系统的设计方法,浇注系统中各组元参数比例应为ΣF内∶ΣF横∶ΣF直=1∶(1.2～1.5)∶(1.1～1.2)。例如图4工作台的浇注系统参数的设计方法为:ΣF内=G0.31×106×μtHp√=G0.31×106×μtΗpG=400×10=4000式中μ=0.6(小型.干型)查表所得。t=G−√3=4000−−−−√3≈16sHp=H0=0.3m(顶注式)t=G3=40003≈16sΗp=Η0=0.3m(顶注式)ΣF内=40000.31×106×0.6×163√≈25cm2=40000.31×106×0.6×163≈25cm21分散注射系统的工艺试验4坚持“靠边”原则内浇口的安放位置应有利于充分发挥浇注系统对铸件补缩作用,使铸件按均衡凝固方式凝固。生产表明分散引入式浇注系统具有以下特点:(1)内浇口设置采用“离开热节、靠近热节”,即内浇口“靠边”原则。(2)分散引入、靠边内浇口,配以冷铁、冒口、出气棒等工艺措施,可在铁液冶金品质不稳定的情况下得到良好的工艺效果。(3)分散引入式浇注和内浇口“靠