鑄造工藝盲孔補(bǔ)縮的工藝改進(jìn)

鑄造工藝盲孔補(bǔ)縮的工藝改進(jìn)

圖1顯示了鑄造結(jié)構(gòu)。重量為15kg，由球墨精鐵制成。驗(yàn)收條件為:1)每批毛坯100%在鑄件指定部位磨出小平面,做布氏硬度試驗(yàn),球痕直徑按0.1mm的差值進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì),取球痕最大值毛坯3件,分別在本體上均分1200車制機(jī)械性能試桿3根,每組2根做抗拉強(qiáng)度試驗(yàn),另外一根備用,抗拉強(qiáng)度不小于400MPa,盲孔部位抗壓強(qiáng)度不小于980MPa。3組有其中一組機(jī)械性能不合格時(shí),允許以雙倍數(shù)量復(fù)試,復(fù)試仍不合格,則該級(jí)球痕毛坯報(bào)廢,另取球痕直徑小0.1mm的毛坯試驗(yàn),依此類推,直至合格為止。2)從每批毛坯中隨機(jī)抽取3件,擊碎成數(shù)塊,檢驗(yàn)斷口顏色和內(nèi)部組織不得有疏松、氣孔、渣孔等鑄造缺陷。不合格時(shí),允許以同樣數(shù)量擊碎復(fù)試,復(fù)試仍不合格,則該批毛坯報(bào)廢。3)合格毛坯經(jīng)機(jī)械加工后均進(jìn)行液壓試驗(yàn),不得出現(xiàn)有滲漏水現(xiàn)象。原工藝采用同時(shí)凝固原則,大氣壓力冒口補(bǔ)縮盲孔部位熱節(jié)的工藝設(shè)計(jì)。然而在驗(yàn)收時(shí),按鑄件硬度分類進(jìn)行抽驗(yàn)、擊碎,仍發(fā)現(xiàn)有不同程度的疏松,且主要集中在鑄件的圓柱厚大部位,如圖1所示。又因?yàn)殍T件內(nèi)外形全部加工,使鑄件內(nèi)外表面最致密的部分被加工掉了,而鑄件所剩要求壁厚部分存在有微觀疏松,經(jīng)液壓試驗(yàn)有滲漏現(xiàn)象,滲漏廢品數(shù)量高達(dá)10%,僅此一項(xiàng)就給生產(chǎn)造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。1鑄造工藝的進(jìn)步原鑄件鑄造工藝是口部朝下,從口部澆入鐵水,整個(gè)型腔充滿鐵水后,橫澆道最早進(jìn)入凝固狀態(tài)切斷通道,盲孔部位在最上端依靠單獨(dú)冒口補(bǔ)縮,原工藝方案如圖2。此工藝澆注時(shí),存在如下問題:1)鐵水流經(jīng)路線長(zhǎng),延途降溫較大,最終充滿冒口,冒口內(nèi)鐵水溫度低,補(bǔ)縮效果差。為提高冒口補(bǔ)縮效果,只有增大冒口來提升冒口內(nèi)的鐵水溫度,才有利于補(bǔ)縮,這樣就降低了鑄造工藝出品率;2)芯子在高溫鐵水烘烤過程中受浮力作用為拉,易斷芯;3)因每箱6個(gè)鑄件,呈環(huán)狀分布,共用同一澆注系統(tǒng),芯子內(nèi)又有排氣孔與外界相通形成在砂型底部排氣,澆注過程中只要有1條芯子斷裂后,就形成了澆注系統(tǒng)、芯子排氣孔與外界相通,造成了砂型底部跑火(漏鐵水)使整箱6個(gè)鑄件全部報(bào)廢;4)由于是隨形砂箱,分型面砂型間接觸面小,分型面又為2個(gè),跑火情況嚴(yán)重;5)砂型由上、中、下3箱組成,操作工序多、繁雜,人為因素多,影響到了砂型、芯子等的整體裝配、合型質(zhì)量,操作的可靠性低;6)芯子形成鑄件口部的最薄弱部位φ44mm處,在加有芯管的情況下,長(zhǎng)時(shí)間受高溫鐵水沖刷還最易發(fā)生蠕變形成壁厚差、斷裂等;7)砂眼、壁厚差廢品多,工藝出品率不足48%;8)現(xiàn)用的隨型砂箱變形后校正困難、灌鐵水后需全部拆開等修復(fù)難度大及修復(fù)質(zhì)量難以保證,砂箱只能作為專用鑄件鑄造單一使用等。2改進(jìn)的技術(shù)設(shè)計(jì)工藝改進(jìn)的前提條件是,不能降低現(xiàn)有的生產(chǎn)效率,要多方面考慮節(jié)能、節(jié)約原材料等。2.1型表面鑄件最粗直徑部位中注方案是在原工藝基礎(chǔ)上,鐵水充入鑄件型腔的內(nèi)澆道開設(shè)在中、下箱的分型面上(鑄件最粗直徑部位),雖然對(duì)改善原工藝中的8項(xiàng)存在的問題有幫助,但對(duì)于鑄件來講,又增加了縮松傾向。通過在內(nèi)澆道前增設(shè)熱冒口可以得到解決,但又降低了工藝出品率。經(jīng)工藝試驗(yàn),總體評(píng)價(jià),得不償失。2.2無冒口鑄造工藝從反向思維考慮,工藝方法采用“無冒口(盲孔部位底注)”式工藝技術(shù)方案。也就是采用口部朝上吊芯方式,對(duì)原工藝方案作了180°的大調(diào)向,其工藝方案如圖3。利用澆注系統(tǒng)的后補(bǔ)縮作用,澆注結(jié)束后澆注系統(tǒng)短期暢通的補(bǔ)縮作用和凝固過程中石墨化膨脹來補(bǔ)償鐵液的冷卻、凝固收縮,實(shí)現(xiàn)不專設(shè)補(bǔ)縮冒口的工藝(稱為“無冒口鑄造工藝”)。應(yīng)用澆注系統(tǒng)(直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道)長(zhǎng)時(shí)間澆注過熱自然形成的鐵水通道,依靠直澆道的高壓頭鐵水向鑄件盲孔部位熱節(jié)補(bǔ)縮,來保證鑄件盲孔部位沒有縮松(孔),省去了專用冒口補(bǔ)縮。此工藝技術(shù)方案,關(guān)鍵要保證控制、解決好如下幾方面的工藝技術(shù)問題:1)保證控制鑄件從上端口部到下端盲孔部位熱節(jié)處,對(duì)澆滿鑄件型腔的鐵水要形成從上到下的順序凝固,盲孔部位熱節(jié)處最終凝固;2)保證控制鑄件在整個(gè)凝固全過程中,澆注系統(tǒng)內(nèi)的鐵水始終處于液態(tài),能源源不斷地及時(shí)供給鑄件在整個(gè)凝固全過程中產(chǎn)生收縮的補(bǔ)給量;3)解決好在整個(gè)澆注全過程中,鐵水的備渣(砂)問題;4)解決好在整個(gè)澆注全過程中,鑄件型(芯)腔內(nèi)的及時(shí)排氣問題。3鑄造工藝的進(jìn)步無冒口(盲孔部位底注)式工藝與原工藝技術(shù)比較的優(yōu)點(diǎn)是:1)對(duì)鑄件1號(hào)主體芯工藝控制變寬。芯子是在高溫鐵水烘烤過程中受浮力作用為壓,受力合理,不易斷芯,還有利于改善壁厚差的產(chǎn)生;2)既是有1條芯子斷裂,其他5個(gè)鑄件仍然能保證完好無損。底漏得到徹底消除,使運(yùn)模車也得到了清潔;3)分型面由2個(gè)變?yōu)?個(gè),并且這1個(gè)分型面也增大了接觸面,跑火的概率比原來下降到了50%以下;4)砂型由3開箱變?yōu)?開箱,達(dá)到了正常鑄造工藝流水線的作業(yè)方法;5)造型添砂次數(shù)減少,減少了砂眼發(fā)生的概率;7)芯子形成鑄件口部的最薄弱部位φ44mm處,受熱時(shí)間為最短,改善了芯子的受熱環(huán)境;有利于改善蠕變形成壁厚差、斷裂等。8)整系列操作工序?qū)p少許多,提高了整體操作的可靠性。4工藝、技術(shù)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)4.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝裝備設(shè)計(jì)主要是針對(duì)解決無冒口(盲孔部位底注)式工藝方案中存在的4項(xiàng)技術(shù)問題。1)形成順序凝固梯度(1)鐵水流經(jīng)路線降溫形成溫度梯度在澆注過程中,鐵水流經(jīng)的路線是:澆口杯→直澆道→橫澆道→內(nèi)澆道→鑄件(由下到上)鐵水與砂型接觸吸熱降溫后,自然形成了沿流經(jīng)路線相一致的由低到高的溫度梯度,與工藝設(shè)計(jì)的順序凝固相一致。(2)調(diào)整加工余量形成溫度梯度鑄件產(chǎn)品自身壁厚結(jié)構(gòu)有一定差值,通過增加不等的加工余量,人為造成與型腔中鐵水要求順序凝固相一致的壁厚變化,也就是由鑄件盲孔部位到口部逐漸變薄的過渡。通過以上兩者疊加,充分保證了鐵水在鑄件型腔中的順序凝固。2)收縮補(bǔ)給量要確保澆注系統(tǒng)內(nèi)鐵水能源源不斷地及時(shí)供給鑄件在整個(gè)凝固全過程中產(chǎn)生收縮的鐵水補(bǔ)給量,必要條件是澆注系統(tǒng)內(nèi)鐵水必須完全晚于鑄型內(nèi)鐵水的凝固速度,并且還必須使?jié)沧⑾到y(tǒng)內(nèi)鐵水流動(dòng)通道完全暢通。需重點(diǎn)考慮以下三方面的設(shè)計(jì):(1)(澆注系統(tǒng)中的)直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道截面積對(duì)鐵水流動(dòng)的分配比例關(guān)系;(2)直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道截面積凝固模數(shù)與鑄件盲孔部位補(bǔ)縮模數(shù)的比例關(guān)系;(3)在澆注初期,澆注系統(tǒng)為完全開放式,待鐵水完全充滿內(nèi)澆道、橫澆道后轉(zhuǎn)化為半開放式。這種澆注系統(tǒng)方式同時(shí)也考慮了型腔排氣問題。3)型腔鐵水備渣(砂)在直澆道上首先設(shè)計(jì)了安放纖維過濾網(wǎng)以過濾鐵水渣質(zhì)。橫澆道為水平設(shè)計(jì),又在每個(gè)橫澆道上平面的適當(dāng)位置設(shè)計(jì)“鋸齒”擋渣(砂)板1個(gè),當(dāng)鐵水很快充滿橫澆道后,應(yīng)用渣、砂比重小漂浮在鐵水上面的條件,通過“鋸齒”擋渣板將渣(砂)擋在內(nèi)澆道外,避免渣(砂)進(jìn)入鑄件型腔。4)型(芯)腔排氣澆注過程中,鐵水對(duì)砂芯過燒產(chǎn)生的氣體,部分已通過殼芯中間通道向上排向大氣中,部分還滯留在型腔中。滯留在型腔中的氣體還有兩種,一是本身型腔中的氣體,二是鐵水對(duì)砂型、砂芯過燒產(chǎn)生的氣體。對(duì)于型腔能否充滿鐵水和鑄件是否產(chǎn)生氣孔,型腔排氣是一重要環(huán)節(jié),在鑄件任何位置直接安置排氣針較為困難。應(yīng)用澆注系統(tǒng)的半開放式設(shè)計(jì),再與澆口杯、直澆道交界處設(shè)計(jì)成倒階梯形式相結(jié)合,有了排氣通道的設(shè)置,如圖4。排氣通道設(shè)置的原理是,應(yīng)用原工藝現(xiàn)有的“澆口圈(內(nèi)澆道)”和“2號(hào)芯橫澆道”,改制作為專用排氣通道。澆口圈作為鑄件與型腔排氣通道的過渡聯(lián)接。澆口圈有雙重作用,一是型腔排氣通道過渡聯(lián)接,二是集渣(砂)。排氣通道出口再與澆口杯、直澆道交界處倒階梯形的下檐相聯(lián),使型腔內(nèi)的氣體直接排放在直澆道中,然后通過澆口杯排到大氣中。澆注的鐵水與排出的氣體分離原理是,澆注系統(tǒng)因設(shè)計(jì)成了開放到半開放式,澆口杯內(nèi)的鐵水在型腔充滿前始終不會(huì)完全充滿,那么鐵水流與澆口杯間就存在空隙,就應(yīng)用了空隙進(jìn)行型腔排氣。為防止?jié)沧⑦^程中鐵水進(jìn)入到排氣通道中,澆口杯、直澆道交界處倒階梯形的下檐(死角處)就起到了保護(hù)作用。4.2模具、輔具制原則工藝裝備制做的原則是一切圍繞工藝設(shè)計(jì)主導(dǎo)思想進(jìn)行,通過模具制做來最終達(dá)到工藝設(shè)計(jì)的目的。1)模具制做為減輕模具制做投入費(fèi)用,做到了盡可能在原有模具上進(jìn)行改制,原有的模具主體部分都得到了應(yīng)用。2)輔具制做原用的隨形砂箱只能作為單一鑄件鑄造專用,借此對(duì)砂箱進(jìn)行改進(jìn)為直筒形(不隨形),并對(duì)定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。在以后的鑄造線上能生產(chǎn)其他產(chǎn)品使用。5實(shí)際應(yīng)用效果無冒口(盲孔部位底注)式鑄造工藝技術(shù)除體現(xiàn)了以上的8大優(yōu)點(diǎn)外,實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用效果如下:5.1成品質(zhì)量得到提高1)原工藝單班8爐(每爐3t)鐵水,成品鑄件毛坯最高紀(jì)錄為680件左右。現(xiàn)工藝單班6爐(每爐3t)鐵水,成品鑄件毛坯都在700件左右,比過去提高了25%以上;2)造型數(shù)量下降3