灰铸铁卷筒铸造工艺的改进

作者：信息来源:模具 2008-6-26

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原采用阶梯式浇注系统，常在其下法兰处产生砂眼、渣眼等缺陷(见图1)。改阶梯式浇注系统为顶注雨淋式，取得了良好效果。图1 阶梯式浇注缺陷示意图1工艺方案分析原工艺为手工造型，粘土砂干型，轴向对称分型，平做立浇，阶梯式浇注系统。阶梯式浇注系统的内浇道分为上、下两层，底层内浇道开设在中部位置，因此，它具有中注...

卷筒龙门吊起重设备主要受力铸件之一，其材质为HT200，毛坯外形尺寸φ528 ×1 660(mm)，壁厚36 mm，单件质量950 kg。距两端100 mm处各有一内法兰，外圆、端面及两端内侧至法兰处均需机械加工。原采用阶梯式浇注系统，常在其下法兰处产生砂眼、渣眼等缺陷(见图1)。些缺陷直到加工到位后才暴露出来，不但铸件报废，而且还要花费大量的加工工时。为了解决这一问题。改阶梯式浇注系统为顶注雨淋式，取得了良好效果。

图1 阶梯式浇注缺陷示意图

1　工艺方案分析

　　原工艺为手工造型，粘土砂干型，轴向对称分型，平做立浇，阶梯式浇注系统。阶梯式浇注系统的内浇道分为上、下两层，底层内浇道开设在中部位置，因此，它具有中注式及顶注式的作用，也就是说，能够比较平顺的将金属液送入型腔，使其自下而上填充型腔，有利于铸件的顺序凝固和自补缩。但由于内浇道位置较高，对砂芯的冲刷较大(因为液流垂直射向砂芯)，易造成砂芯表面涂料的脱落；在浇注初期，砂型温度低，铁水降温较大，夹杂不易上浮，在卷筒底部内侧法兰处，由于铁水流入较大截面时的紊流作用，浮至型壁处铁水表面的浮渣及夹杂就很容易“贴”在型壁上迅速冷却，从而形成法兰处渣眼、砂眼等缺陷。
　　顶注雨淋式浇注系统，液态金属先经过浇口杯和直浇道进入位于铸件顶部的环形横浇道中，然后通过分散细小的内浇道孔连续不断地落入型腔，铸型从下而上逐渐填充，较高温度的金属液始终处于液面上部，加强了铸件自下而上的顺序凝固。也就是说，顶注有利于胀缩的动态叠加，先浇入的铁水，落到型腔底部，冷却时的收缩由上部后浇入的铁水补充，浇注完成后，当下部凝固时产生的石墨化膨胀正好可以抵偿上部铁水的收缩，达到上部铁水收缩相对后移，下部铁水凝固产生的石墨化膨胀相对提前，使均衡点移到浇注结束时刻，从而使铸件得到良好的自补缩。多个细小的雨淋浇口是控制流量的最小断面，形成封闭式浇注系统，具有良好的挡渣作用，使渣粒漂浮于横浇道中而不易进入型腔。金属液分成小股细流充填型腔，对铸型的冲击力小。小股细流的不断落下，使液面活跃，起到搅拌作用，使铁水中的气体易于逸出而不致形成气孔，使熔渣、砂粒等夹杂不易粘附在型腔壁上，而是随着型腔液面的上升上浮到冒口中去，从而保证铸件质量。

2　顶注雨淋式浇注系统设计

　　平做立浇顶雨淋式浇注系统主要由雨淋内浇道、环形横浇道、直浇道和浇口杯组成，见图2 。
2.1　各组元比例及尺寸
　　为加强挡渣能力，采用封闭式浇注系统。
　　ΣF_内∶F_横∶F_直=1∶1∶1.5为防止高压铁水喷入型腔，取ΣF_内∶F_横=1∶1按雨淋浇口经验公式

得：ΣF_内=18.49 cm²综合考虑各种因素，取ΣF_内=20 cm²。为了合理分配铁水流量，控制凝固时的温度分布，防止局部过热，选定内浇口数量为12个，其直径为15 mm。

图2　铸造工艺简图

　　由所选比例得出　F_横=20 cm²。
　　为了提高横浇道的挡渣能力，截面尺寸定为40×50 (mm)。F_直=30 cm²，截面尺寸为50×60 (mm)。
　　经生产验证，顶雨淋浇注系统对卷筒件是适宜的，按此比例设计的浇注系统各组元尺寸正确可行，特别是内浇道截面与横浇道截面相近，减轻了内浇道液流的压力，防止金属液进入型腔时的喷溅。
2.2　冒口设置与尺寸
　　顶雨淋浇注系统使铁水凝固具有良好的温度分布，铸件有一定的自补缩，冒口只需补缩自补缩不足的差额部分。选取环形顶冒口，既进行补缩和集渣，又作为工艺加头。顶冒口厚度为71.5 mm(与内法兰厚度尺寸相等)，高度为160 mm。为了使浇注时型腔内的气体及时排出，开设侧冒口30×60 mm。
　　浇注时选用池形闸门式浇口杯。

3　结语

　　对于筒类灰铸铁件，顶雨淋式浇注系统优于阶梯式浇注系统。顶雨淋浇注系统的横浇道截面积与内浇道总截面积相当。可减少铁水进入型腔时的压力，防止喷溅，利于平稳充型。
　　近年来，我们用此工艺生产了系列卷筒铸件，均取得良好的效果。