均衡凝固理论在铸造工艺中的应用

均衡凝固理论在铸造工艺中的应用

过去，该公司主要设计铸造工艺的注水系统，以引导金属液的充满腔。在确定每个注水系统单元的结构、大小和比例时，只考虑金属液流动的速度和方向，以确保轨迹的稳定性。很少考虑浇注系统当冒口对铸件进行补缩,铸件的补缩主要是靠设置冒口来完成。近两年来,在运用均衡凝固理论设计铸铁件浇注系统和冒口类型时,注意到均衡凝固有限补缩的概念:浇注系统当冒口补缩设计方法。把浇注系统看作是补缩系统,浇口盆、直浇道、横浇道看作是冒口体,浇口盆可提供补缩液源,直浇道、横浇道既是冒口的一部分,又是补缩通道,内浇道看作是冒口颈。浇注系统中铁液是最后浇入的,其温度高于型腔,同时浇口杯位置较铸件高,提供补缩压力。高温铁液从浇注一开始直到浇注结束,都是由浇注系统流入型腔的。直浇道、横浇道和内浇道型壁受高温热传导而升温,产生流通效应,使其凝固时间延长。浇注系统和冒口系统补缩的最大区别,在于浇注系统在浇注过程中有强烈的流通效应存在,这就是有着较小几何模数的浇注系统各单元,能够对较大模数的铸件进行补缩的原因。只要浇注系统的直浇道、横浇道、内浇道在考虑了流通效应之后的实际模数不小于铸件的收缩模数,补缩就是充分和可靠的。1装配工艺设计1.1密封试验结果材质QT500-7,重136kg,主要壁厚12～25mm,最小壁厚12mm,铸件不得有砂眼、气孔、裂纹等缺陷。每个铸件需带⌀20mm×30mm金相试块一件,铸件加工后进行密封试验。采用树脂砂生产,浇注温度1350℃左右,1箱2件。机座铸件整体结构为壳体类型,壁厚比较均匀,但在局部有一个⌀110mm×155mm的热节。如果将热节作为铸件模数来设计,需考虑更大的补缩系统。在刚开始生产时,曾用一个较大的瓶式冒口对铸件中的孤立热节进行补缩,发现在冒口根部经常有缩孔、缩松缺陷,有部分铸件一直到加工轴孔时才发现内有缩孔缩松,造成铸件报废,损失较大。在运用均衡凝固理论、铸件浇注系统当冒口补缩设计后,将铸件孤立热节处放成形冷铁,在浇注位置的下面,并对浇注系统进行了重新设计计算。1.2收缩模数系数铸件模数Mc取与内浇道接触处的平板壁厚(30mm),Mc=T/2=3/2=1.5cm。质量周界商Qm=G/Mc3=136/1.53=40.3(kg/cm3)收缩时间分数Pc=1.0e(0.65×Mc+0.01×Qm)=1.0e(0.65×1.5+0.01×40.3)=0.25Ρc=1.0e(0.65×Μc+0.01×Qm)=1.0e(0.65×1.5+0.01×40.3)=0.25收缩模数系数f2=Pc−−√=0.5f2=Ρc=0.5铸件收缩模数Ms=f2×Mc=0.5×1.5=0.75(cm)。2三个单元的注入系统的简化设计(1)fpsifl直式按照冒口设计的收缩模数法,直浇道模数Mz计算如下:Mz=Mc·fL直·f1·f2·f3直(1)式中fL直——直浇道流通效应因数,取0.75;f1——冒口平衡因数,取1.25;f3直——直浇道压力因数,取1.1。Mz=1.5×0.75×1.25×0.5×1.1=0.77(cm)直浇道直径D=5×Mz=5×0.77≈40(mm)。(2)横截面积差的设计Mh=Mc·fL横·f2(2)式中fL横——横浇道流通效应因数,取0.8。Mh=1.5×0.8×0.5=0.6(cm)(3)内浇道流通效应因数—内浇道补缩设计MN=Mc·fL内·f2·f4(3)式中fL内——内浇道流通效应因数,取0.35;f4——冒口颈长度因数,取0.9。MN=1.5×0.35×0.5×0.9=0.2(cm)3直、横、内浇道截面积计算(1)浇注时间τ=G−√+0.28G⋅δ−−−−√3τ=G+0.28G⋅δ3(4)式中G——浇注总重量,kg;δ——铸件主要壁厚,mm。取G为300kg,δ为30mm,计算结果:τ=23.3s,取25s。(2)流量系数,浇注系统无阻流片,μ取0.55。(3)选择截面比∑F直∶∑F横∶∑F内=1.2∶2.0∶1.0(4)计算直、横、内浇道截面积初定:直浇道直径为45mm,模数为1.1cm>0.774cm;横浇道截面为梯形30/40×40mm,模数0.9cm>0.6cm。内浇道截面65mm×5mm,长20mm,模数0.2cm。直浇道高H=300mm。有效截面比k1=μ1⋅∑F直μ3⋅∑F横=1.08×1.22=0.64‚k12=0.41k1=μ1⋅∑F直μ3⋅∑F横=1.08×1.22=0.64‚k12=0.41k2=μ1⋅∑F直μ3⋅∑F内=1.1×1.21=1.32‚k22=1.74h3=k221+k12+k22⋅H=1.741+0.41+1.74×30=17(cm)∑F内=G0.31×μ×τ×hp√k2=μ1⋅∑F直μ3⋅∑F内=1.1×1.21=1.32‚k22=1.74h3=k221+k12+k22⋅Η=1.741+0.41+1.74×30=17(cm)∑F内=G0.31×μ×τ×hp=3000.31×0.55×25×17√≈17(cm2)=3000.31×0.55×25×17≈17(cm2)取直浇道⌀45mm;横浇道30/40×40mm;内浇道