铸造工艺盲孔补缩的工艺改进

铸造工艺盲孔补缩的工艺改进

图1显示了铸造结构。重量为15kg，由球墨精铁制成。验收条件为:1)每批毛坯100%在铸件指定部位磨出小平面,做布氏硬度试验,球痕直径按0.1mm的差值进行分级统计,取球痕最大值毛坯3件,分别在本体上均分1200车制机械性能试杆3根,每组2根做抗拉强度试验,另外一根备用,抗拉强度不小于400MPa,盲孔部位抗压强度不小于980MPa。3组有其中一组机械性能不合格时,允许以双倍数量复试,复试仍不合格,则该级球痕毛坯报废,另取球痕直径小0.1mm的毛坯试验,依此类推,直至合格为止。2)从每批毛坯中随机抽取3件,击碎成数块,检验断口颜色和内部组织不得有疏松、气孔、渣孔等铸造缺陷。不合格时,允许以同样数量击碎复试,复试仍不合格,则该批毛坯报废。3)合格毛坯经机械加工后均进行液压试验,不得出现有渗漏水现象。原工艺采用同时凝固原则,大气压力冒口补缩盲孔部位热节的工艺设计。然而在验收时,按铸件硬度分类进行抽验、击碎,仍发现有不同程度的疏松,且主要集中在铸件的圆柱厚大部位,如图1所示。又因为铸件内外形全部加工,使铸件内外表面最致密的部分被加工掉了,而铸件所剩要求壁厚部分存在有微观疏松,经液压试验有渗漏现象,渗漏废品数量高达10%,仅此一项就给生产造成了很大的经济损失。1铸造工艺的进步原铸件铸造工艺是口部朝下,从口部浇入铁水,整个型腔充满铁水后,横浇道最早进入凝固状态切断通道,盲孔部位在最上端依靠单独冒口补缩,原工艺方案如图2。此工艺浇注时,存在如下问题:1)铁水流经路线长,延途降温较大,最终充满冒口,冒口内铁水温度低,补缩效果差。为提高冒口补缩效果,只有增大冒口来提升冒口内的铁水温度,才有利于补缩,这样就降低了铸造工艺出品率;2)芯子在高温铁水烘烤过程中受浮力作用为拉,易断芯;3)因每箱6个铸件,呈环状分布,共用同一浇注系统,芯子内又有排气孔与外界相通形成在砂型底部排气,浇注过程中只要有1条芯子断裂后,就形成了浇注系统、芯子排气孔与外界相通,造成了砂型底部跑火(漏铁水)使整箱6个铸件全部报废;4)由于是随形砂箱,分型面砂型间接触面小,分型面又为2个,跑火情况严重;5)砂型由上、中、下3箱组成,操作工序多、繁杂,人为因素多,影响到了砂型、芯子等的整体装配、合型质量,操作的可靠性低;6)芯子形成铸件口部的最薄弱部位φ44mm处,在加有芯管的情况下,长时间受高温铁水冲刷还最易发生蠕变形成壁厚差、断裂等;7)砂眼、壁厚差废品多,工艺出品率不足48%;8)现用的随型砂箱变形后校正困难、灌铁水后需全部拆开等修复难度大及修复质量难以保证,砂箱只能作为专用铸件铸造单一使用等。2改进的技术设计工艺改进的前提条件是,不能降低现有的生产效率,要多方面考虑节能、节约原材料等。2.1型表面铸件最粗直径部位中注方案是在原工艺基础上,铁水充入铸件型腔的内浇道开设在中、下箱的分型面上(铸件最粗直径部位),虽然对改善原工艺中的8项存在的问题有帮助,但对于铸件来讲,又增加了缩松倾向。通过在内浇道前增设热冒口可以得到解决,但又降低了工艺出品率。经工艺试验,总体评价,得不偿失。2.2无冒口铸造工艺从反向思维考虑,工艺方法采用“无冒口(盲孔部位底注)”式工艺技术方案。也就是采用口部朝上吊芯方式,对原工艺方案作了180°的大调向,其工艺方案如图3。利用浇注系统的后补缩作用,浇注结束后浇注系统短期畅通的补缩作用和凝固过程中石墨化膨胀来补偿铁液的冷却、凝固收缩,实现不专设补缩冒口的工艺(称为“无冒口铸造工艺”)。应用浇注系统(直浇道、横浇道、内浇道)长时间浇注过热自然形成的铁水通道,依靠直浇道的高压头铁水向铸件盲孔部位热节补缩,来保证铸件盲孔部位没有缩松(孔),省去了专用冒口补缩。此工艺技术方案,关键要保证控制、解决好如下几方面的工艺技术问题:1)保证控制铸件从上端口部到下端盲孔部位热节处,对浇满铸件型腔的铁水要形成从上到下的顺序凝固,盲孔部位热节处最终凝固;2)保证控制铸件在整个凝固全过程中,浇注系统内的铁水始终处于液态,能源源不断地及时供给铸件在整个凝固全过程中产生收缩的补给量;3)解决好在整个浇注全过程中,铁水的备渣(砂)问题;4)解决好在整个浇注全过程中,铸件型(芯)腔内的及时排气问题。3铸造工艺的进步无冒口(盲孔部位底注)式工艺与原工艺技术比较的优点是:1)对铸件1号主体芯工艺控制变宽。芯子是在高温铁水烘烤过程中受浮力作用为压,受力合理,不易断芯,还有利于改善壁厚差的产生;2)既是有1条芯子断裂,其他5个铸件仍然能保证完好无损。底漏得到彻底消除,使运模车也得到了清洁;3)分型面由2个变为1个,并且这1个分型面也增大了接触面,跑火的概率比原来下降到了50%以下;4)砂型由3开箱变为2开箱,达到了正常铸造工艺流水线的作业方法;5)造型添砂次数减少,减少了砂眼发生的概率;7)芯子形成铸件口部的最薄弱部位φ44mm处,受热时间为最短,改善了芯子的受热环境;有利于改善蠕变形成壁厚差、断裂等。8)整系列操作工序将减少许多,提高了整体操作的可靠性。4工艺、技术的设计和生产4.1浇注系统设计工艺装备设计主要是针对解决无冒口(盲孔部位底注)式工艺方案中存在的4项技术问题。1)形成顺序凝固梯度(1)铁水流经路线降温形成温度梯度在浇注过程中,铁水流经的路线是:浇口杯→直浇道→横浇道→内浇道→铸件(由下到上)铁水与砂型接触吸热降温后,自然形成了沿流经路线相一致的由低到高的温度梯度,与工艺设计的顺序凝固相一致。(2)调整加工余量形成温度梯度铸件产品自身壁厚结构有一定差值,通过增加不等的加工余量,人为造成与型腔中铁水要求顺序凝固相一致的壁厚变化,也就是由铸件盲孔部位到口部逐渐变薄的过渡。通过以上两者叠加,充分保证了铁水在铸件型腔中的顺序凝固。2)收缩补给量要确保浇注系统内铁水能源源不断地及时供给铸件在整个凝固全过程中产生收缩的铁水补给量,必要条件是浇注系统内铁水必须完全晚于铸型内铁水的凝固速度,并且还必须使浇注系统内铁水流动通道完全畅通。需重点考虑以下三方面的设计:(1)(浇注系统中的)直浇道、横浇道、内浇道截面积对铁水流动的分配比例关系;(2)直浇道、横浇道、内浇道截面积凝固模数与铸件盲孔部位补缩模数的比例关系;(3)在浇注初期,浇注系统为完全开放式,待铁水完全充满内浇道、横浇道后转化为半开放式。这种浇注系统方式同时也考虑了型腔排气问题。3)型腔铁水备渣(砂)在直浇道上首先设计了安放纤维过滤网以过滤铁水渣质。横浇道为水平设计,又在每个横浇道上平面的适当位置设计“锯齿”挡渣(砂)板1个,当铁水很快充满横浇道后,应用渣、砂比重小漂浮在铁水上面的条件,通过“锯齿”挡渣板将渣(砂)挡在内浇道外,避免渣(砂)进入铸件型腔。4)型(芯)腔排气浇注过程中,铁水对砂芯过烧产生的气体,部分已通过壳芯中间通道向上排向大气中,部分还滞留在型腔中。滞留在型腔中的气体还有两种,一是本身型腔中的气体,二是铁水对砂型、砂芯过烧产生的气体。对于型腔能否充满铁水和铸件是否产生气孔,型腔排气是一重要环节,在铸件任何位置直接安置排气针较为困难。应用浇注系统的半开放式设计,再与浇口杯、直浇道交界处设计成倒阶梯形式相结合,有了排气通道的设置,如图4。排气通道设置的原理是,应用原工艺现有的“浇口圈(内浇道)”和“2号芯横浇道”,改制作为专用排气通道。浇口圈作为铸件与型腔排气通道的过渡联接。浇口圈有双重作用,一是型腔排气通道过渡联接,二是集渣(砂)。排气通道出口再与浇口杯、直浇道交界处倒阶梯形的下檐相联,使型腔内的气体直接排放在直浇道中,然后通过浇口杯排到大气中。浇注的铁水与排出的气体分离原理是,浇注系统因设计成了开放到半开放式,浇口杯内的铁水在型腔充满前始终不会完全充满,那么铁水流与浇口杯间就存在空隙,就应用了空隙进行型腔排气。为防止浇注过程中铁水进入到排气通道中,浇口杯、直浇道交界处倒阶梯形的下檐(死角处)就起到了保护作用。4.2模具、辅具制原则工艺装备制做的原则是一切围绕工艺设计主导思想进行,通过模具制做来最终达到工艺设计的目的。1)模具制做为减轻模具制做投入费用,做到了尽可能在原有模具上进行改制,原有的模具主体部分都得到了应用。2)辅具制做原用的随形砂箱只能作为单一铸件铸造专用,借此对砂箱进行改进为直筒形(不随形),并对定位结构进行了改进。在以后的铸造线上能生产其他产品使用。5实际应用效果无冒口(盲孔部位底注)式铸造工艺技术除体现了以上的8大优点外,实际生产应用效果如下:5.1成品质量得到提高1)原工艺单班8炉(每炉3t)铁水,成品铸件毛坯最高纪录为680件左右。现工艺单班6炉(每炉3t)铁水,成品铸件毛坯都在700件左右,比过去提高了25%以上;2)造型数量下降3