低沖球墨鑄鐵件電機(jī)端蓋造型工藝

夏奇兵 邵濤

摘 要：為開發(fā)出合格的電機(jī)端蓋低沖球墨鑄鐵件，主軸孔和外法蘭需做磁粉探傷和射線探傷要求鑄件內(nèi)外質(zhì)量要求按照標(biāo)準(zhǔn)DIN 1690-S2-RV3的質(zhì)量等級(jí)-不予許裂紋（R：射線照相探傷法）。設(shè)計(jì)了底注式大孔徑進(jìn)水，配合冷鐵、冒口鑄造工藝。利用凝固模擬軟件對(duì)設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行驗(yàn)證、優(yōu)化。解決了試制過(guò)程中的熱節(jié)部位縮松、渣缺陷、冷隔問(wèn)題，最終鑄件開發(fā)取得了成功。

關(guān)鍵詞：端蓋;球鐵低沖;射線探傷RV3

1、鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

端蓋鑄件平均模數(shù)約為1.0CM，屬于薄璧鑄件，由右圖三維可知，鑄件外法蘭壁厚較厚為52mm模數(shù)約為2.5cm，中間軸孔位置厚度為48mm模數(shù)約為2.5cM，其余側(cè)壁型腔在10～16mm之間;鑄件壁厚分布不均與，熱節(jié)分布較為復(fù)雜構(gòu)成了鑄造工藝難點(diǎn)[1]。

2、初步工藝設(shè)計(jì)

工藝難點(diǎn)：鑄件表面不能存在裂紋、渣缺陷以滿足磁粉探傷要求;中間軸孔模數(shù)較低且四周無(wú)補(bǔ)縮通道，容易形成縮松缺陷;鑄件熱節(jié)不能有縮松顯示以滿足射線探傷要求。

造型工藝分析：為了方便組芯合箱，便于以后批量投產(chǎn)采用整體下芯，平做平澆工藝。優(yōu)點(diǎn)是大法蘭盤向上，利于型腔排氣，可以減少渣、氣滯留減少缺陷風(fēng)險(xiǎn);缺點(diǎn)是泥芯芯頭較小雖然可以通過(guò)中間軸孔、兩個(gè)側(cè)面方窗形成芯頭，但是泥芯穩(wěn)定性較差容易形成泥芯傾斜造成尺寸不合，同時(shí)為滿足技術(shù)協(xié)議要求，我公司對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行摸索排查，初步擬定采用低溫快澆配合冷鐵以及保溫冒口解決鑄件縮松問(wèn)題。

3、試驗(yàn)方案

3.1端蓋是公司新投產(chǎn)品，鑄件輪廓尺寸：898*780*256mm，重量：156Kg。

3.2材質(zhì)：EN 1563-GJS-400-18-LT[2]，性能要求見(jiàn)下表：

3.3探傷要求：鑄件內(nèi)外質(zhì)量要求按照DIN 1690-S2-RV3的質(zhì)量等級(jí)——不允許有裂紋。（R：射線照相探傷法）。

3.4采用兩種工藝對(duì)比，在兩種工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化;通過(guò)不同進(jìn)流位置確定最終工藝方案。

4、工藝驗(yàn)證

4.1工藝概述

通常造型工藝在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮生產(chǎn)難度配套公司現(xiàn)有設(shè)備，應(yīng)該采用大法蘭盤在下，方便泥芯定位以及砂型穩(wěn)定[3];但是這種做法會(huì)導(dǎo)致鑄件整體在分型面以上、整個(gè)大法蘭盤在底箱，鐵水隨型流動(dòng)范圍大，造成鐵水雜質(zhì)含量增多容易出現(xiàn)夾渣、冷隔缺陷。

本次造型工藝采用法蘭盤向上，由中間軸孔及側(cè)面窗口做芯頭定位。

為了充型平穩(wěn)采用底注由中間軸孔位置進(jìn)水，防止鐵水大面積流淌形成冷隔和夾渣;澆口比根據(jù)鑄件重量及結(jié)構(gòu)采用1.3：1.8：1半封閉半開放式澆注系統(tǒng)[4]。在橫澆道上安放直孔過(guò)濾片進(jìn)一步除渣處理。

針對(duì)熱節(jié)縮松問(wèn)題處理，鑄件是殼類零件模數(shù)小（整體模數(shù)接近1CM）壁薄造成不能形成有效補(bǔ)縮通道，只能在泥芯、外模熱節(jié)位置安放冷鐵、鉻鐵礦砂等進(jìn)行優(yōu)化;如下所示。

其它主要參數(shù)：①工藝縮尺10‰;②呋喃樹脂自硬砂造型、醇基鎬英粉刷涂?jī)杀?③模具采用木模一級(jí)制作;④澆注溫度1350±10℃;⑤澆注時(shí)間20±5s⑥8T中頻感應(yīng)電爐化水澆注。

4.2凝固模擬情況

通過(guò)凝固模擬軟件對(duì)鑄件澆注、充型情況進(jìn)行模擬，分析澆注、充型過(guò)程中存在的問(wèn)題，對(duì)缺陷性有較高的掌控。

⑴方窗口處存在大量小缺陷，預(yù)計(jì)與鑄件充型紊流有關(guān)。

⑵鑄件上部法蘭未出現(xiàn)縮孔缺陷，主要集中在冒口內(nèi)。

⑶鑄件縮孔缺陷主要集中在下部法蘭盤內(nèi)。

⑷流場(chǎng)問(wèn)題大，有紊流現(xiàn)象，建議優(yōu)化，建議傾斜澆注，建議優(yōu)化內(nèi)澆道。

4.3調(diào)整鐵水進(jìn)流位置

通過(guò)凝固模擬，鐵水紊流嚴(yán)重鑄件內(nèi)部有縮松缺陷;必須優(yōu)化進(jìn)水位置及熱節(jié)位置處理;經(jīng)過(guò)優(yōu)化將澆注系統(tǒng)改為側(cè)面窗口進(jìn)水，鐵水由窗口進(jìn)入，通過(guò)窗口下的弧形結(jié)構(gòu)減緩紊流現(xiàn)象，減緩紊流問(wèn)題較大程度上降低了因?yàn)槲闪饕鸬睦涓簟A渣、縮松等問(wèn)題。

4.3新工藝驗(yàn)證情況

采用優(yōu)化工藝驗(yàn)證三批次試制件共6件，在公司內(nèi)部檢測(cè)中心進(jìn)行MT、UT探傷均滿足客戶技術(shù)要求，在四川金星清潔能源裝備股份有限公司射線探傷合格，探傷檢索編號(hào)：JXRT-2018-0575，目前公司正常投產(chǎn)396件。

5、結(jié)論

5.1端蓋類薄壁件紊流是冷隔、夾渣、縮松等缺陷的主要導(dǎo)因，解決紊流能夠在較大的程度上解決缺陷問(wèn)題。

5.2凝固模擬ProCAST軟件能夠在理論上進(jìn)行驗(yàn)證鑄件充型情況，減少實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的廢品損失。

參考文獻(xiàn)

[1]查明輝.球墨鑄鐵件電機(jī)端蓋鑄造工藝研究? 1674-6694（2013）02-0036-03

[2]the Normenausschuss Gie?ereiwesen.DIN EN1563-2012球墨鑄鐵件

[3]王君卿.鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝（第二版）ISBN 7-111-04073-2/TG-62

[4]王文清、李魁盛.鑄造工藝學(xué) ISBN 978-7-111-06082-6