球鐵油壓機(jī)注射底座的鑄造工藝

紀(jì)漢成

（金壇市金崗機(jī)械制造有限公司，江蘇常州213242）

球鐵油壓機(jī)注射底座的鑄造工藝

紀(jì)漢成

（金壇市金崗機(jī)械制造有限公司，江蘇常州213242）

介紹了球鐵油壓機(jī)注射底座的鑄造工藝，設(shè)計(jì)了側(cè)底注泡沫陶瓷過(guò)濾澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵、排氣系統(tǒng)，熔煉及澆注工藝，有效地解決了鑄件縮孔、縮松及氣孔、夾渣、滲漏缺陷，提高了鑄件成品率，降低了生產(chǎn)成本，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

球鐵；油壓機(jī)底座；鑄造工藝

油壓機(jī)系列球鐵件，主要用于橡膠件的注射成型或真空成型部件，工作過(guò)程中承受200 t～1 000 t的壓力。其中底座是油壓機(jī)上的重要部件，要求強(qiáng)度高、韌性好，可靠性要求高，內(nèi)腔孔硬度均勻有良好的耐磨性能，同時(shí)要求組織致密，無(wú)縮松，無(wú)滲漏。因其壁厚相差較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，鑄造難度較大，鑄件易產(chǎn)生縮孔縮松、氣孔、夾渣等鑄造缺陷。

1 底座結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

底座的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，為油缸類結(jié)構(gòu)。鑄件材料牌號(hào)為Q T500-7，凈重1380 kg，最大輪廓尺寸1200mm×880mm×780mm，主要壁厚為90mm，最小壁厚為30mm，要求鑄件在鑄態(tài)下達(dá)到使用性能。底座油缸內(nèi)腔加工精度及光潔度要求高，內(nèi)循環(huán)液壓油對(duì)鑄件致密度要求高，要經(jīng)過(guò)25M P a保壓試驗(yàn)30mi n無(wú)滲漏，鑄件不允許有縮松、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

底座結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，壁厚相差較大，鑄件立柱導(dǎo)孔處壁厚為30mm，油缸處壁厚為90mm，φ90mm注油孔處熱節(jié)大，造型起?；顗K多達(dá)10處，需要大小砂芯10只，還有自來(lái)芯4只，造型難度較大，鑄件的內(nèi)在及外觀質(zhì)量要求高。

鑄件要求的化學(xué)成分為：w（C）：3.6%～3.7%，w（S i）：2.4%～2.5%，w（Mn）：0.4%～0.5%，w（P）≤0.06%，w（S）≤0.02%，w（M g）：0.03%～0.05%，w（R E）：0.01%～0.02%.力學(xué)性能要求為：抗拉強(qiáng)度≥500M P a，屈服強(qiáng)度≥320M P a，伸長(zhǎng)率≥7%，硬度170 HB～230 HB.球化1～3級(jí)，石墨大小5～7級(jí)。

圖1 部件結(jié)構(gòu)

圖2 鑄件結(jié)構(gòu)

2 工藝設(shè)計(jì)

采用呋喃樹脂砂造型制芯，側(cè)底注泡沫陶瓷過(guò)濾澆注工藝，安全冒口+溢流冒口鑄造工藝。設(shè)油缸砂芯1只，側(cè)耳砂芯4只，導(dǎo)柱孔砂芯4只，自來(lái)芯4處。對(duì)影響起模的加強(qiáng)筋及注油孔10處木模拆活造型。油缸上口及內(nèi)腔表面設(shè)成型冷鐵激冷，注油孔搭子平面設(shè)成型冷鐵激冷，提高鑄件的致密度，防止鑄件產(chǎn)生縮孔縮松缺陷。底座鑄造工藝簡(jiǎn)圖如圖3所示。

2.1 澆注位置

可行的澆注位置有兩種：底座油缸口朝上和油缸口朝下，比較兩種澆注位置，其優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1.

圖3 鑄造工藝簡(jiǎn)圖

表1 兩種澆注位置對(duì)比

綜合比較兩種澆注位置，最終選擇油缸口朝上的澆注位置。

因鑄件較高，采用頂注式澆注鐵水充蝕型腔嚴(yán)重，鐵水流動(dòng)不平穩(wěn)，容易噴濺，引起氧化夾渣，故鑄件質(zhì)量難以保證，不可行；底注式雖不利于實(shí)現(xiàn)鐵水順序凝固，但鐵水充型流動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)型腔沖刷力小，排氣徹底，且加安全冒口、溢流冒口及冷鐵激冷，所以仍然滿足均衡凝固的條件，實(shí)現(xiàn)小冒口無(wú)冒口鑄造工藝。綜合考慮兩種澆注方式，最終選擇了側(cè)底注式。底座鑄造工藝毛坯如圖4所示。

圖4 鑄造工藝毛坯

2.2 過(guò)濾澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以大流量、低流速、平穩(wěn)、分散為原則，合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，可以控制鐵液流量，從而控制澆注時(shí)間，使鐵液穩(wěn)流進(jìn)入型腔，并起到擋渣、隔渣作用[1]。因球鐵需要元素M g來(lái)球化石墨，所以鐵水中不可避免存在雜質(zhì)，為最大限度地限制雜質(zhì)進(jìn)入型腔，降低M g的二次造渣，選擇了半開(kāi)放式（開(kāi)放-封閉）澆注系統(tǒng)。半開(kāi)放式澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)，鐵水被空氣氧化程度低。

采用半開(kāi)放式澆注系統(tǒng)[2]，澆道截面積比為F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶1.6∶1.2.澆注重量為1 480 kg，工藝出品率93.2%.根據(jù)球墨鑄鐵件大件的澆注時(shí)間表，選擇次快澆澆注時(shí)間為50 s.

一是根據(jù)《浙江省氣象災(zāi)害防御條例》要求,推動(dòng)各級(jí)人民政府落實(shí)氣象災(zāi)害防御職責(zé),建立健全氣象災(zāi)害防御工作的協(xié)調(diào)機(jī)制,加強(qiáng)氣象科普宣傳;二是聯(lián)合科協(xié)、安監(jiān)、旅游、教育等部門,聯(lián)動(dòng)推進(jìn)氣象科普宣傳常態(tài)化工作,會(huì)同廣播、電視、報(bào)紙、網(wǎng)絡(luò)等媒體開(kāi)展氣象災(zāi)害防御知識(shí)的公益宣傳,定期組織氣象科普宣傳活動(dòng);三是推進(jìn)氣象科普館建設(shè),建立氣象部門與社會(huì)公眾直面交流的平臺(tái),讓社會(huì)公眾更深入了解氣象科普知識(shí),提高氣象防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)。

根據(jù)魏兵大孔出流理論[3]計(jì)算，直澆道截面積為50 cm2，選用φ80mm陶瓷管；橫澆道截面尺寸上型為70/85mm×50 mm，下型為70/85 mm×40mm；內(nèi)澆道總面積為60 cm2，設(shè)6道扁平內(nèi)澆口，尺寸為80mm ×12.5mm.采用分散多個(gè)寬而薄的內(nèi)澆道，以利于擋渣、清理，并使內(nèi)澆道能及時(shí)凝固，將型腔封閉，利用石墨化膨脹進(jìn)行補(bǔ)縮。

采用泡沫陶瓷過(guò)濾片澆注工藝[4]，凈化鐵水質(zhì)量，提高球鐵件的綜合機(jī)械性能，減少鑄件夾渣和氣孔缺陷。故此采用150mm×100mm×20mm泡沫陶瓷過(guò)濾片4只，100mm×100mm×20mm泡沫陶瓷過(guò)濾片2只，保證足夠的鐵水過(guò)濾量。

2.3 冒口、冷鐵設(shè)計(jì)

由于底座油缸處壁厚較厚，導(dǎo)柱孔支座處壁厚較薄，根據(jù)均衡凝固理論，配合外冷鐵，可實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口、小冒口鑄造工藝。為了彌補(bǔ)冶金及鑄造工藝上出現(xiàn)的少許不可避免的偏差，在油缸的頂部設(shè)2只安全縮頸冒口[5]，尺寸為φ120mm×200mm，縮頸φ28mm×35mm。在4個(gè)支座上設(shè)4個(gè)扁形排氣冒口片，其尺寸為上口100mm×25mm，下口80mm×12mm，并加放尺寸為φ60mm/φ100mm×180mm的圓形溢流冒口圈。

為防止鑄件凝固慢的厚實(shí)部位（特別是鑄件的熱節(jié)部位和重要加工面）出現(xiàn)縮孔或縮松缺陷，往往要在這些部位設(shè)置冷鐵，并配合冒口達(dá)到同時(shí)凝固和均衡凝固的目的，提高鑄件的的致密度，防止鑄件產(chǎn)生縮孔縮松缺陷。在油缸上口及內(nèi)腔使用表面各設(shè)成型冷鐵6塊激冷，冷鐵激冷厚度為70mm；在注油孔搭子平面上設(shè)2塊厚度為80mm成型冷鐵激冷；油缸內(nèi)腔底面設(shè)1塊φ180mm×80mm冷鐵激冷。

2.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，設(shè)2只安全冒口，4只排氣冒口片，可保證鑄型出氣暢通。4只側(cè)耳砂芯，4只導(dǎo)柱孔砂芯，設(shè)φ15mm排氣道與上型出氣φ20mm一致貫通，可保證砂芯出氣暢通。油缸砂芯重量大，發(fā)氣量大，且為座芯，下芯撬螺絲于下箱固定。為保證油缸砂芯向下排氣暢通，設(shè)φ120mm鋼管芯骨，在鋼管內(nèi)壁上鉆φ10mm孔均布排氣孔制芯，并于下型φ100mm出氣一致貫通。合箱時(shí)下箱適當(dāng)墊起，澆注時(shí)點(diǎn)火引氣，保證出氣暢通。

合箱前砂芯及鑄型冷鐵處要烘干到位，減少發(fā)氣量，防止鑄件嗆火。

2.5 熔煉及澆注工藝

球化處理采用包內(nèi)沖入（三明治）法，爐料配比中加大廢鋼比例至40%～50%以上，在輕稀土球化劑中加入適量釔基重稀土球化劑，并采用出鐵二次孕育及澆注隨流措施，出鐵前采用石墨化預(yù)處理措施，防止球化衰退及孕育衰退，細(xì)化石墨球，增加石墨球數(shù)量，提高球鐵件的強(qiáng)度和韌性，提高鑄件的綜合機(jī)械性能。

應(yīng)用中B a S i高效孕育劑覆蓋+出鐵二次孕育，孕育劑量為0.6%～0.7%，澆注隨流0.3mm～0.8mm的B a S i孕育劑[6]，加入量0.1%。球化劑配比選用珠光體低稀土鎂球化劑70%+釔基重稀土球化劑30%，總加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）控制在1.3%～1.4%，澆注50mm的附鑄試塊（尺寸：長(zhǎng)180mm，寬80mm，厚50mm）做機(jī)械性能試驗(yàn)。

低溫澆注，嚴(yán)格控制鐵水的出爐溫度及澆注溫度，溫度偏高導(dǎo)致鐵水液態(tài)收縮率增大，不利于自補(bǔ)縮及消除縮松缺陷，故此澆注溫度控制在1 320℃～1 350℃為宜，次快澆時(shí)間控制在45 s～55 s.鑄件冷卻保溫時(shí)間控制在12 h.

3 底座生產(chǎn)中常見(jiàn)鑄造缺陷及防止措施

3.1 油缸注油孔縮松及偏心防止措施

由于注油孔處造型時(shí)需要拆活，活塊操作、冷鐵固定不到位，就會(huì)造成孔偏心，加工縮松。因此首先要保證注油孔活塊固定到位，造型時(shí)不得移位；成型冷鐵緊貼注油孔并用鐵釘固定，造型時(shí)將注油孔芯頭塞緊實(shí)，防止冷鐵移位。

3.2 底座嗆火及冷鐵氣孔防止措施

內(nèi)外壁冷鐵質(zhì)量要符合標(biāo)準(zhǔn)使用要求，需經(jīng)拋丸處理后無(wú)銹、無(wú)油、無(wú)水后方能使用，且規(guī)定使用10次，編號(hào)定期報(bào)廢或機(jī)械加工后使用。合箱前一定要將鑄型、砂芯及冷鐵處烘干到位，減少發(fā)氣量，防止鑄件嗆火及冷鐵氣孔。

3.3 球化衰退及夾渣防止措施

選擇優(yōu)質(zhì)低硫生鐵，打包純凈廢鋼，嚴(yán)格控制原材料中反球化元素如S、T i含量，球化劑加入量要適當(dāng)，球化操作覆蓋壓實(shí)到位，控制球化反應(yīng)時(shí)間在50 s～120 s，防止球化衰退。造型合箱平穩(wěn)到位，型腔內(nèi)的碎砂、浮渣要清理干凈，澆注鐵水扒渣干凈，鐵水過(guò)濾凈化到位，防止產(chǎn)生鑄件夾渣缺陷。

4 結(jié)論

1）根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，采用側(cè)底注泡沫陶瓷過(guò)濾片澆注工藝，設(shè)計(jì)外冷鐵+安全冒口及溢流冒口，加強(qiáng)鑄型及砂芯的排氣，采用部分重稀土球化劑及石墨預(yù)處理技術(shù)，有效地解決了鑄件縮孔、縮松及氣孔、夾渣、球化衰退缺陷，提高了鑄件的綜合機(jī)械性能，提高了鑄件成品率，降低了生產(chǎn)成本，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2）對(duì)附鑄試塊進(jìn)行檢測(cè)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為528M P a、338M P a，延伸率為8.5%，球化率為2級(jí)，石墨等級(jí)為6級(jí)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。加工成品如圖5所示?，F(xiàn)底座已批量生產(chǎn)，經(jīng)客戶加工裝配使用后，完全符合技術(shù)質(zhì)量要求，無(wú)縮松、氣孔、夾渣、滲漏缺陷，滿足了客戶需求，得到了客戶的好評(píng)。

Casting Process of Ductile Iron Hydraulic Press Injection Base

JIHan-cheng
（Jingang Machinery Manufacture CO.，LTD.，Changzhou Jiangsu 213242，China）

This paper introduced the casting process of nodular cast iron hydraulic press injection base，designed the bottom side foam ceramic filter gating system，riser and chill，exhaust system，melting and pouring process，which effectively solved the casting shrinkage hole，shrinkage porosity and air holes，slag and leakage defects and enhanced the casting yield，reduced the production cost，obtained good economic benefits.

ductile iron，hydraulic press base，casting process

TG24

A

1674-6694（2015）06-0020-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.006

2015-08-08

紀(jì)漢成（1966-），男，陜西富平人，研究員級(jí)高工，總工程師，主要從事鑄造工藝、熔煉技術(shù)及質(zhì)量管理工作。