自由端板鑄造工藝優(yōu)化與實踐

屈洪，李春，孫法俊

（中車戚墅堰機車有限公司鑄鋼公司，江蘇常州213011）

自由端板鑄造工藝優(yōu)化與實踐

屈洪，李春，孫法俊

（中車戚墅堰機車有限公司鑄鋼公司，江蘇常州213011）

分析了鐵路機車自由端板鑄鋼件存在的縮孔、氣孔、粘砂等鑄造缺陷，為了保證鑄件質(zhì)量，改進(jìn)了鑄造工藝，重新設(shè)計了澆注系統(tǒng)，并將發(fā)熱冒口引入到新工藝當(dāng)中。按新工藝生產(chǎn)的鑄件內(nèi)部及表面質(zhì)量都有了較大的提高。

鑄鋼件；工藝改進(jìn)；發(fā)熱冒口；澆注系統(tǒng)

自由端板為鐵路機車柴油機的關(guān)鍵零配件之一，該產(chǎn)品的最大輪廓尺寸為1 082mm×513mm× 162mm，最小壁厚10mm.材質(zhì)為B級低合金鋼，結(jié)構(gòu)如圖1所示，力學(xué)性能如表1所示。

在機加工后，要求對油道進(jìn)行1M P a水壓試驗，不得滲漏。

表1 力學(xué)性能

1 原工藝方案及存在問題

自由端板原工藝方案如圖2所示。在兩個M20及R C2螺紋孔上方均采用的是帶冒口頸的圓明冒口，冒口尺寸為φ120mm，冒口頸φ90mm；機加工后螺紋孔約30%存在縮孔問題，見圖3.

原工藝方案中澆注系統(tǒng)采用的是兩層階梯式澆注系統(tǒng)，如圖4所示。在鑄件底部的四道內(nèi)澆道附近存在大面積粘砂，如圖5所示。

圖1 產(chǎn)品三維圖

2 鑄造工藝改進(jìn)

2.1 冒口改進(jìn)

M20及R C2螺紋孔下方熱節(jié)較大，原工藝的冒口雖然較大，但是帶有冒口頸，導(dǎo)致冒口的有效模數(shù)減少，使得冒口與鑄件之間沒有足夠的補縮通道，不利于冒口的補縮。

圖4 澆注系統(tǒng)簡圖

圖5 澆口處粘砂

2.1.1 螺紋孔處熱節(jié)分析

模數(shù)法是冒口設(shè)計當(dāng)中的常用方法，鑄鋼件冒口計算通常采用簡化模數(shù)法，然后再用補縮液量法校核[1]。

經(jīng)過分析，兩個M20螺紋孔處熱節(jié)可以按板類件計算，其幾何模數(shù)M1=δ/2=4.7/2=2.35 cm.

R C2螺紋孔處熱節(jié)可以按圓柱體件計算，故幾何模數(shù)M2=b/4=9/4=2.25 cm.

明冒口的冒口頸處的幾何模數(shù)M3=b/4=9/4=2.25＜M1，因此不利于冒口補縮?？紤]到石灰石砂對鋼水有激冷作用，根據(jù)經(jīng)驗值取有效模數(shù)M有效=M/1.2，所以M1有效=M1/1.2=2.35/1.2=1.96 cm，M2有效= M3/1.2=2.25/1.2=1.88 cm.

2.1.2 冒口型號選取根據(jù)公式MR=f×Mc[1].式中：MR——冒口有效模數(shù)；

M c——被補縮部分鑄件模數(shù)；

f——擴大系數(shù)。選擇發(fā)熱保溫頂暗冒口，故f取1.1；

MR1=MR2=f×MC1=1.1×1.96 cm=2.156 cm

MR3=f×MC3=1.1×1.88 cm=2.068 cm

所以選擇發(fā)熱保溫冒口的型號為P r o y er 2008A811（冒口有效模數(shù)為2.25 cm，冒口容積420 cm3）.

2.1.3 補縮液量校核

通過冒口有效補縮距離計算，找出鑄件的冒口補縮范圍[2]，通過P r o-E軟件分別計算得出需要補縮的鑄件體積為VC1=1 270 cm3，VC2=1 370 cm3，VC3= 1 000 cm3.根據(jù)公式Vcmax=（η-ε）VR/ε，

式中：

Vcmax——可被冒口補縮的鑄件最大體積；

η——為冒口的補縮效率，這里取35%；

ε——為鋼水的體收縮率；

VR——為冒口容積。

由此可得：Vcmax=1 680 cm3，

即Vcmax＞VC1，Vcmax＞VC2，Vcmax＞VC3，即冒口能夠提供鑄件收縮時所需的鋼液。故該冒口的體積是滿足冒口設(shè)計要求的。采用該種冒口生產(chǎn)的自由端板，螺紋孔機加工后不存在縮孔等鑄造缺陷，滿足圖紙設(shè)計要求，采用發(fā)熱冒口得到的鑄件如圖6所示。

圖6 采用發(fā)熱冒口得到的鑄件

2.2 澆注系統(tǒng)改進(jìn)

考慮到底層內(nèi)澆道附近存在大面積粘砂，首次改進(jìn)直接把底層澆注系統(tǒng)去掉，采用單層頂注式澆注系統(tǒng)。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，雖然解決了澆道附近粘砂問題，但是這樣易造成澆不足問題（圖7）.

由于底平面壁厚薄，面積較大，澆注時因鋼水流動性差，易造成分散薄層液流，不利于鋼液充型，容易造成冷隔或澆不足缺陷。為解決該問題，選用傾斜澆注系統(tǒng)，傾斜角取10°，如圖8所示。經(jīng)過試驗，該工藝解決了澆不足鑄造問題，得到了表面質(zhì)量較好的鑄件生產(chǎn)鑄件，如圖9所示。

圖7 澆不足缺陷

圖8 傾斜澆注工藝簡圖

3 改進(jìn)效果及經(jīng)濟效益

經(jīng)統(tǒng)計，按新工藝投產(chǎn)后，螺紋孔縮孔發(fā)生率由以前的30%降至5%，與改進(jìn)前相比，出現(xiàn)縮孔的概率大大降低了，機加工后的返工成本明顯降低。

新工藝能有效提高工藝出品率和降低生產(chǎn)成本。原工藝澆冒口重215 kg，改進(jìn)后澆冒口重160 kg，節(jié)約鋼水55 kg，工藝出品率由原來的55%提高到62%.

圖9 傾斜澆注效果

4 結(jié)語

使用發(fā)熱保溫冒口套，可大大延長冒口凝固時間，提高冒口的補縮效率，減少鑄造缺陷的發(fā)生，降低生產(chǎn)成本。

澆注系統(tǒng)的優(yōu)化可以有效的減少粘砂、澆不足等鑄造缺陷，得到表面質(zhì)量較好的鑄件。

冒口系統(tǒng)的優(yōu)化可以有效地提高產(chǎn)品的鑄造工藝出品率。

［1］中國機械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造工藝［M］//鑄造手冊：第5卷.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［2］王文清,李魁盛.鑄造工藝學(xué)［M］.北京：機械工業(yè)出版社.2002.

Optim ization and Practice for the Free End Plate Casting Process

QU Hong LIChun SUN Fa-jun
（Cast Steel company of CRRC Corporation Limited.，Changzhou Jiangsu 213011，China）

This paper systematically analyzes the problems of the free end p late steel castings in railway locomotive，such as shrinkage，porosity，burnt-on sand and so on.The pouring system was designed and the exothermic riser was used to improve the casting quality.The inner and surface quality of the casting produced by the new casting process has beenmuch improved.

steel casting，process optimization，exothermic riser，gating system

TG24

A

1674-6694（2015）06-0023-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.007

2015-08-26

屈洪（1988-），男，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事鑄鋼件鑄造工藝工作。