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    典型鑄件的特殊鑄造工藝筋設計進行分析研究


    零件設計,特別是薄壁零件設計時,加強筋是不可或缺的考慮因素之。加強筋的存在可在不加大零件壁厚的情況下,增強其剛度和強度,從而減輕重量而節約材料,降低成本。眾所周知,在鑄造生產中,由于影響鑄件質量的因素較多,僅考慮加強筋是不夠的,還必須在特定的鑄件結構上增設工藝筋以達到:增加鑄件的剛度和強度,防止鑄件變形;減小鑄件壁厚,防止鑄件產生縮孔、裂紋;減小大平面,防止鑄件產生夾砂、結疤等。在實際生產中,工藝筋除可以達到以上目的外,特殊的工藝筋還可實現補縮、排渣等功能,從而提高鑄件質量。通過對工藝筋在鑄造生產中的作用研究,本文對典型鑄件的特殊鑄造工藝筋設計進行分析研究,對防止鑄造缺陷,提高鑄件質量有事半功倍的作用。

      1常規工藝筋的設計簡介1.1調節鑄件冷卻速度的工藝筋對于壁厚較薄而且平面較大的平板類鑄件,雖然凝固方式以同時凝固為主,但鑄件在鑄造過程中,不可避免地使大平面一面朝上,一面朝下。而上下兩個面的冷卻條件并不相同,上表面散熱條件比下工藝理論與應用;;表面要好,冷卻速度快,導致上下面并非同時凝固,從而產生不同的收縮應力。當應力超過材料的屈服極限時,很易發生翹曲變形。如果在設計時,在下表面加上幾條工藝筋,使工藝筋與上表面的冷卻速度相同(注:工藝筋的壁厚應確保鑄件同時凝固),即可避免鑄件變形的產生,而所加設的工藝筋在機械加工時可以切削加工去除。當然,在保證平板類零件使用性能的情況下,設計零件結構時,可在一面增設加強筋,以提高零件的強度和剛度,同時兼起到鑄造工藝筋的作用,而加強筋在機械加工時則不必去除。1.2防止鑄件縮孔、裂紋的工藝筋鑄件各部分壁厚相差過大,會產生金屬局部積聚形成熱節,凝固收縮時在熱節處易形成縮孔、縮松等缺陷。此外,各部分冷卻速度不同,易形成熱應力,致使鑄件薄壁與厚壁連接處產生裂紋。因此,在零件設計時,應盡可能使壁厚均勻,以防上述缺陷產生。為此,將壁厚減薄,但又不能減低其強度,采用加強筋則是非常有效之手段。嚴格來說,此加強筋也可稱之為工藝筋,主要是防止壁厚過大,產生縮孔、縮松等缺陷。1.3防止鑄件產生夾砂、結疤的工藝筋當鑄件的平面較大時,如果不采取一定的工藝措施,在澆注過程中,熔融金屬對型腔上表面的強烈輻射,容易使上表面型砂急劇地膨脹而拱起或開裂,在鑄件表面造成夾砂、結疤缺陷。如果加設工藝筋(加強筋),大平面被分割為若干小平面,可有效避免上述問題。另外,該結構還可有效提高鑄件的剛度,所以也可將該工藝筋稱為加強筋。

      2特殊鑄造工藝筋的設計2.1排渣鑄造工藝筋的設計為不銹鋼閥體鑄造工藝簡圖。該鑄件重量約60kg,主要壁厚8mm左右。因其用于強腐蝕介質環境中,該閥體選用1Cr18Ni9Ti材質。在使用時要求該鑄件能承受2.5MPa以下的壓力而無滲漏,所以在制定鑄造工藝時必須考慮鑄件組織的致密性?紤]到不銹鋼的體收縮較大,雖然該鑄件壁厚不大,但必須有較好的補縮措施,以避免出現縮孔或縮松現象。為此,該鑄件采用橫做立澆的鑄造工藝。為了保證鑄件組織的致密性,除必要的冒口補縮外,還必須將鑄型中的雜物能有效去除,所以在鑄型的底部設置集雜包以保證鑄件鋼液的純潔。但在鑄件清理后發現在的A處(兩邊凸出的尺寸約為5的法蘭高點)有少量的浮渣,嚴重影響鑄件的質量,雖然在鑄件焊補后可以使用,但這是明顯的鑄造缺陷。分析認為,出現浮渣的原因在于在法蘭A處的鋼液熔渣不能有效漂浮到冒口中,若設置排渣通道則可解決該問題。設置了2個排渣工藝筋。在該工藝筋設置后的鑄件則有效解決了浮渣現象,保證了鑄件質量。2個排渣工藝筋在與相關設計人員探討后認為并不需要在機械加工時切除。

      2.2防裂紋鑄造工藝筋(塊)的設計為原剎車轉子精密鑄件,重量約43kg,材質20CrMnMo.該件上、中、下三層板由8處均布的寬度為6mm的筋板連接,并在中、下兩層板間再均布8處寬度為6mm的筋板。在鑄造過程中發現,該鑄件上、中、下三層的6mm連接筋板有輕微變形,特別是在滲碳淬火熱處理后,連接筋板的變形會進步加大并導致鑄件報廢。分析認為,產生變形的主要原因在于該連接筋板剛度不足。為了解決剛度不足導致的筋板變形,將加大筋板厚度為8mm,并試生產,則筋板變形問題得以解決。但在生產中又發現新問題,在中A處(中、下兩層板連接筋板處)出現8處熱裂紋。分析認為連接筋板加大為8mm后,與下層平板(6mm)厚度產生差別,且連接筋板在鑄件內部,冷卻速度低于下層筋板,下層筋板冷卻凝固后連接筋板對其產生拉應力。當拉應力大于其高溫強度時而產生熱裂紋(8處連接部位均有裂紋,從裂紋斷口形態已經確定為熱裂)。針對該問題,若在下層平板上加設工藝凸緣以增大其厚度,盡可能地使下層平板與連接筋板達到同時凝固,從而避免熱應力的產生。在增設工藝凸緣(厚度3mm)后,下層平板局部厚度達到9mm,與連接筋板厚度基本相當,從而實現連接筋板和下層平板達到同時凝固的目的,也就解決了A處裂紋的鑄造缺陷。

      2.3補縮工藝筋的設計為彈簧蓋精鑄件的鑄造工藝簡圖。該鑄件材約為34kg.筒形結構部分壁厚為10mm.中部有一圓臺(準120mmx20mm)和圓筒(準44mmx170mm),在制定鑄造工藝時必須考慮冒口補縮。為此,在頂部設計一腰圓冒口。但在底部法蘭(厚度26mm)有4處局部熱節(圖中N處),因頂部冒口無法補縮,在鑄件鉆孔加工時出現縮松現象。解決的常用方法是應用冒口補縮法、冷鐵法、鑄件加補貼法等,但對本鑄件顯然不宜采用。因(下轉第64頁)型萬能拉力試樣機進行拉伸試驗,測得的試樣抗拉強度和伸長率見表4.表2不同球化處理溫度下的鎂吸收率編號球化處理溫度廠c加殘鎂吸收率表3不同球化處理溫度下的石墨大小和球化率Tab.3Thegraphitesizeandspheroidization編球化處理溫度球化率(級)石墨大小/m鐵素體珠光體滲碳體表4不同球化處理溫度下的球鐵力學性能編號球化處理溫度廠C抗拉強度/MPa伸長率由1號試樣可以看出,采用FeSiMg6RE2低鎂球化劑進行蓋包法球化處理時,球化反應時間穩定在68s左右。由表2可以看出,球化處理后鐵液中殘留鎂含量較高,鎂的吸收率較高且波動較小,受溫度影響不大。由表3可以看出,較高的殘留鎂含量,獲得了良好石墨球化效果,球化處理后石墨球更圓整、更細小,并且球化率高。由表4可以看出,良好的球化效果,保證了球化處理后球鐵高而穩定的力學性能。

      3結論低鎂球化劑蓋包法球化處理時,在14501500C之間調整球化處理溫度,球化處理后鎂的吸收率高且穩定,石墨球更圓整、更細小,并且球化率高,球鐵的力學性能高。試驗沒有發生過早起爆現象,球化劑也沒有在包底結塊現象,球化反應平穩,生產穩定。然而對于實際生產來說,當選定球化劑后,應根據鑄件壁厚的不同選擇合適的球化處理溫度。鑄件壁較厚時,球化處理溫度可稍低些,鑄件壁較薄時,球化處理溫度可稍高些。


    【上一個】 防止高錳鋼鑄件在生產過程中斷裂的鑄造和熱處理工藝 【下一個】 采用V法鑄造工藝能生產出優質抗磨鑄件來嗎

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