转轮毂体球墨铸铁件无冒口铸造工艺方案的选择

转轮毂体球墨铸铁件无冒口铸造工艺方案的选择

无伪造工艺是提高工艺可靠性的有效途径。该工艺自出现以来,其应用不断发展。特别是在市场竞争日趋激烈,要求铸件成本不断降低,根据铸件特点,正确运用均衡凝固理论和无冒口铸造技术,拓展球墨铸铁件无冒口铸造工艺的应用范围,更显得十分必要。转毂体球墨铸铁件是某设备上的一个关键铸件,某厂在为该设备配套试制时,曾经采用过多种工艺方案均未获得满意效果,后采用了无冒口铸造的工艺方案将该铸件试制成功。本文拟通过转毂体球墨铸铁件铸造工艺方案的设计比较和实践检验,说明此类深筒形球墨铸铁件运用无冒口铸造工艺方案的可行性、有效性和优点。1u2004合构成转毂体铸件主要由1个Ф180mm、深950mm和8个Ф100mm、深600mm的筒体按同一方向呈捆绑式组合构成(见图1),铸件材质为QT500-7并经时效处理,重570kg,铸件最大壁厚为160mm,最小壁厚为30mm。9个筒体内不允许存在缩孔、缩松、夹砂和夹渣等铸造缺陷,各筒体内壁机械加工粗糙度要求为Ra=0.4μm。可见,这是一个深筒形,厚壁较大且壁厚差亦较大的铸件,并且铸件内在质量要求较高,有一定铸造难度。2浇注位置的确定进行工艺分析时,考虑到深筒形铸件竖直浇注有利于获得高质量的筒形内壁组织,以及方便造型、制芯、配箱操作和满足铸件内在质量的要求等因素,认为铸件无论采用何种工艺方案,铸件的浇注位置都应采用自上而下的方式(如图1),所以在以后几种方案中均采用此浇注位置。工艺设计其它方面的考虑如下。2.1壁厚材料的清理后出现的问题通常鉴于铸件的深筒形特点,为了有利于充型,考虑浇注系统分层引入而设计为三箱造型,并根据常规,在铸件壁厚最厚的顶部安放了3个Ф120mm的明顶冒口对铸件进行补缩。但铸出的铸件经清理后检查发现,主要存在以下问题:①冒口根部存在明显的缩松和晶粒粗大,铸件顶部的质量不能保证;②铸件机械加工后在筒体内部也发现大面积的缩松;③由于内浇道直接冲刷砂芯而导致铸件形成大量的夹砂和局部粘砂。铸件不能满足质量要求。2.2明顶冒口方案为解决明顶冒口工艺方案出现的质量问题,改用随形环状冒口加上雨淋式浇注系统工艺方案(图2)。由于浇注系统的改变,相应地将三箱造型改为两箱造型,并设置型腔出气口。铸出的铸件经清理后检查,未发现明顶冒口方案中出现的铸造缺陷,机械加工后其内部质量亦可达到技术要求。但该工艺存在冒口切割非常困难、铸件工艺出品率低(56%)、铸造生产和机械加工的成本大大增加、企业的经济效益下降等问题。2.3无冒口工艺方案2.3.1随形环形冒口补缩效果分析鉴于上述两个方案对成败原因作以分析。①明顶冒口只能补偿铸件的一次收缩而不能补偿共晶后期的二次收缩。冒口颈不能在铸件大量凝固时完全凝固,铸件在达到共晶温度大量析出石墨产生石墨化膨胀时,出现铁液反馈到冒口中去的现象,致使铸件最终得不到补缩而产生缩孔缩松缺陷,这是造成该方案失败的主要原因。②随形环状冒口方案中,冒口实际上已与铸件有效部分连为一体构成了铸件的上部分,在凝固时,它们所需要的一次收缩补偿只能来自浇注系统,当铸件达到共晶温度时,上部的雨淋内浇道已经凝固,产生的石墨化膨胀不会通过雨淋内浇道使铁液反馈回去,实现了石墨化膨胀产生的自补缩。因此,为获得致密铸件创造了有利条件。但附加的随形环状冒口增加了成本,且其补缩作用也不甚明了。在上述两个工艺方案的实践基础上,经过分析,对随形环状冒口工艺方案的冒口进行仔细检查和解剖分析,发现冒口内部并无明显的缩孔缩松缺陷,可见冒口的补缩意义不大。该铸件的材质为QT500-7,属于碳硅含量适中的铁素体与珠光体铸铁,适于无冒口铸造;铸件模数较大(76mm),石墨化膨胀压力较模数小的铸件大,有利于自补缩;造型制芯均采用干型,铸型具有较好的强度和刚度,可防止过大的膨胀力而导致铸件变形;若能较好地控制浇注温度和浇注速度,保证浇注完毕后立即开始石墨化膨胀及设置适宜的出气口等,均有利于进行无冒口铸造,无冒口铸造工艺方案如图3所示。2.3.2无冒口工艺设计(1)输入位置铸件的浇注位置保持不变。(2)剩余工作为确保铸件加工面的质量,将原铸件顶部的加工余量由7mm增加到15mm。(3)造型与芯的连接造型制芯仍采用粘土砂干型,涂刷石墨水基涂料。(4)工艺参数的确定设计指导思想仍沿用原上雨淋式浇注系统,尽可能地使该系统能在浇注时产生良好的挡渣作用,在凝固时能对铸件进行有效的一次收缩补偿,在铸件达到共晶温度时雨淋内浇道能完全凝固,使铸件充分利用石墨化膨胀进行自补缩。因此,根据实际情况选择了具有较好挡渣效果的半封闭式浇注系统,并将浇注系统各断面比确定为:∑F内∶∑F横∶∑F直=1∶3∶1.2。根椐铸件总重为570kg,查图4得出内浇道总断面积为∑F内=12.5cm2。考虑到无冒口铸造应选取多而分散、模数小的内浇道,以保证快速浇注和浇道适时凝固,设计时采用8个内浇道。则每一内浇道断面积为12.5/8=1.56cm2。内浇道取Ф14mm。横浇道总断面积∑F横=12.5×3=37.5(cm2)。横浇道取65mm×65mm×50mm的高梯形截面环状浇道。直浇道总断面积∑F直=12.5×1.2=15(cm2)。直浇道取Ф45mm。相关的工艺参数如下。铁液从内浇道流出的速度:V=μ(2?gHP)1/2=0.75×(2×9.8×0.3)1/2=1.819(m/s)铁液流量:Q=∑F内Vγ=12.5×1.819×7.3=16.6(kg/s)浇注时间:t=Gz/Q=650/16.6=39(s)铁液在型内的上升速度:V上升=L/t=1050/39=0.0269(m/s)式中μ——流量系数,取0.75γ——铁液密度,取7.3kg/dm3HP——平均压力头,取300mmL——铸件与浇口总高度,取1050mmGz——浇注金属液总重,取650kg在设计合理的基础上,通过生产实践验证,获得了质量完全符合要求的铸件,且铸件工艺出品率为87.7%,极大地提高了效益。3无冒口铸造有利于铸造速度的提高实践证明,造型制芯均采用干型,使铸型具有较好的强度和刚度,可防止铸件变形;同时若能较好地控制浇注温度和浇