基于均衡凝固原理的无冒口铸造工艺研究

基于均衡凝固原理的无冒口铸造工艺研究

牵引板是泰山-12拉紧式牵引装置的重要件。材料为q450-10，铸造重量10.5kg，外形为312mm203mm96mm，主壁厚度为21mm。铸造质量直接影响到整个机器的吸引力。开始应用传统的大冒口补缩工艺，工艺出品率只有55%。为提高工艺出品率，降低铸件成本，笔者分析了原工艺存在的问题，运用均衡凝固的原理，经生产现场试验，修正了工艺，实现了无冒口铸造，取得了较为理想的效果。1原工艺分析1.1浇注温度和冒口原铸造工艺如图1所示。砂箱造型，湿砂型，表面硬度约70，每型一件。3t·h-1热风冲天炉熔炼，化学成分(wB/%为：3.5～3.8C,2.3～3.0Si,0.4～0.8Mn,<0.1P,<0.03S,0.02～0.05RE,0.030.07Mg。出炉温度1380～1420℃（光学温度计）。足够重量的压箱铁保证不涨箱。100kg抬包浇注，浇注温度1320～1360℃（光学温度计）。球铁有较大的缩松倾向，按传统的铸造工艺要设置冒口进行补缩。冒口的安放应遵循以下几个原则。(1）冒口应尽量放在铸件被补缩部位上方或最后凝固的热节点旁边。(2）冒口应尽量放在最高最厚的地方，以便利用金属液的自重力进行补缩。(3）在铸件的不同高度上有热节需要补缩时，可按不同水平面安放冒口。(4）冒口应尽可能不阻碍铸件的收缩。(5）为加强铸件的定向凝固，应尽可能使内浇道靠近冒口或通过冒口。1.2冒口的其他影响因素传统工艺的要点主要有二：一是球铁需要足够大的冒口进行补缩；二是冒口应尽量放在铸件的热节上。牵引板铸件壁厚较为均匀，热节不明显，热节圆与铸件壁厚相差不大，如果冒口安放在热节上，冒口不易清除。同时，浇道不易靠近冒口或通过冒口，不能保证冒口中的铁液温度最高，影响其补缩效果。另外，冒口补缩的前提是定向凝固，而球铁的凝固方式为体积凝固，加上铸件壁厚的均匀性，难以形成较为畅通的补缩通道。基于以上分析，为发挥冒口的作用，一是增大冒口的体积，以保证冒口最后凝固；二是增加内浇道的尺寸，把最后凝固部分引到冒口中来；三是在浇注时控制浇注速度，开始慢浇，使铁液边浇注边冷却；或改为明冒口，在浇注后期点冒口。这样，人为的影响因素较大，难以控制。原工艺出现的废品中，绝大多数为铸件补缩不足而出现的表面凹陷，常发生的部位是四爪的根部。即使是成品，也有相当一部分上表面出现凹陷，只是因在加工余量范围内没打成废品。实践证明，原工艺确实不尽合理。2改进的工艺及其分析2.1均衡凝固改进后的工艺如图2所示。均衡凝固技术为本工艺的理论根据。铸铁冷却时要产生体积收缩，凝固时析出石墨要产生体积膨胀，均衡凝固就是利用膨胀和收缩动态叠加的自补缩和浇冒口系统的外部补缩，采用工艺措施，使单位时间的收缩与膨胀、收缩与补缩按比例进行的一种凝固工艺原则。均衡凝固强调补缩工艺设计，都应以自补缩为基础。一个需要设置冒口补缩的铸件，也要充分利用石墨化膨胀的自行补缩，冒口只是补充自补不足的差额。在凝固时间上，冒口不必要晚于铸件凝固。在尺寸上，冒口的模数可以小于铸件的模数。在位置上，冒口不应该也不能放在铸件的热节上，冒口要靠近热节，以利于补缩；冒口又要离开热节，以减少冒口对铸件的热干扰。冒口离开铸件的几何热节，是均衡凝固的关键技术之一，特别强调内浇道根部、冒口根部与铸件的几何热节，不能重合。从浇注位置上，优先采用顶注工艺，使先浇入的铁液尽快静止下来，提前冷却并开始凝固，进入石墨化膨胀，以提高自补缩的利用程度。均衡凝固还强调冷铁的使用，冷铁的作用除调节铸件的温度，防止铸件厚壁、热节处的缩松外，还可以使铸件的一部分石墨化膨胀提前，有利于胀缩的早期叠加。2.2凝固前内浇道管四爪间安放外冷铁，冷铁外形尺寸260mm×100mm×46mm，呈槽型，壁厚8mm。外冷铁使四爪提前凝固，其液态收缩能得到上部铁液的补充。同时，还能发挥由于石墨化膨胀的自补缩作用，保证了四爪及其根部不会出现凹陷。去掉以前专设的冒口，改为飞边直浇道，其截面积加大，同时起到一定的液态补缩作用。内浇道呈扁平形。内浇道凝固前，浇口补充铸型内铁液的一部分液态收缩。内浇道略先于铸件凝固，之后，铸件靠石墨化的膨胀进行自补缩。2.3外冷铁的注覆物(1）适当增加铸型的紧实度，铸型硬度不低于70。(2）浇注时注意挡渣，最好使用挡渣效果较好的茶壶式浇包。(3）外冷铁表面要刷一层涂料，防止冷铁所引起的气孔、呛火等缺陷