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    進給液壓缸缸體鑄件鑄造工藝改進

    2022-02-14 07:37:56崔希文
    金屬加工(熱加工) 2022年1期
    關(guān)鍵詞:圓柱面鐵液冒口

    崔希文

    河南工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心 河南鄭州 450001

    1 序言

    M224型半自動內(nèi)圓磨床,實現(xiàn)徑向自動進給的動力來自進給液壓缸。在液壓油的作用下,進給液壓缸內(nèi)活塞及活塞桿的往復(fù)直線運動,經(jīng)過進給箱內(nèi)一系列復(fù)雜的機構(gòu)轉(zhuǎn)換,最后轉(zhuǎn)變?yōu)槟ゴ驳臋M向進給運動,快進、快退以及微量的徑向進給運動,實現(xiàn)磨床進給運動的自動化。

    進給液壓缸缸體作為進給液壓缸中比較重要的一個鑄件,對鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、氣密性、整體強度都有較高的要求,不允許有任何鑄造缺陷,機械加工后裝配結(jié)束要經(jīng)過液壓試驗,以保證其密封性能。原工藝采用分模造型,進給液壓缸缸體軸心線呈水平澆注鑄件,實際生產(chǎn)中存在很多弊端,如鑄件圓柱面(澆注位置的頂部區(qū)域)多出現(xiàn)渣眼、氣孔,進給液壓缸缸體上安放冒口的附近區(qū)域偶爾會出現(xiàn)局部疏松等,鑄件的廢品率較高,有時高達25%以上。通過對進給液壓缸缸體鑄件的澆注位置、造型工藝、制芯工藝及澆冒口系統(tǒng)的改進,避免了氣孔、渣眼缺陷的產(chǎn)生,并通過不斷完善熔煉工藝等,解決了進給液壓缸缸體鑄件作為液壓件最易產(chǎn)生的組織疏松缺陷的問題,使鑄件的成品率大幅度提高,保證了進給液壓缸缸體鑄件的質(zhì)量。

    2 進給液壓缸缸體鑄件的結(jié)構(gòu)特點

    缸體鑄件是一個筒形零件(見圖1),輪廓尺寸φ148mm×φ82mm×228mm。鑄件壁厚均勻,主要壁厚33mm;毛坯重量20.6kg,材質(zhì)HT200;所有表面均要求機械加工,內(nèi)孔表面加工質(zhì)量要求較高,表面粗糙度0.8μm,不允許有氣孔、渣眼、縮孔等任何鑄造缺陷。由于工作狀態(tài)時承受壓力,故要保證強度要求,同時保證組織致密,即鑄件要具有耐壓致密性,以免發(fā)生滲漏等[1,2]。

    圖1 進給液壓缸缸體鑄件

    3 原鑄造工藝及鑄造缺陷分析

    3.1 原鑄造工藝

    原鑄造工藝如圖2所示,采用分模造型,缸體軸線保持水平,分模面選在過軸線最大截面處;粘土砂造型,潮型、干芯;一型兩件,共用一個澆注系統(tǒng),分型面上布置澆口,型腔頂部最高位置設(shè)置1個冒口補縮,同時利于型腔內(nèi)氣體排出。澆注系統(tǒng)各組元比例取為:F內(nèi):F橫:F直=1:1.4:1.2 ,F(xiàn)內(nèi)=4.0cm2,F(xiàn)橫=6.0cm2,F(xiàn)直=4.8cm2,頂冒口尺寸φ55mm×90mm;砂芯氣體由一端排出;化學(xué)成分:wC=3.3%,wSi=1.85%,wMn=0.8%,wS=0.05%,wP=0.1%;出鐵溫度1450℃,澆注溫度1390℃。

    圖2 原鑄造工藝

    3.2 鑄造缺陷分析

    在采用上述工藝的生產(chǎn)過程中,相繼出現(xiàn)了如下問題。

    1)進給液壓缸缸體鑄件軸線呈水平狀態(tài)進行澆注,部分圓柱面處于澆注位置的“頂面”,那么合型結(jié)束后對鑄型進行充型澆注過程中,由于高溫金屬液內(nèi)部的氣體、渣子,在浮力作用下均會向上運動,最后集中在上部圓柱面附近,所以上部圓周缺陷較多,常出現(xiàn)氣孔、渣眼、砂眼等。

    2)鑄件最高位置放置明冒口,與鑄件交接處形成了較大的接觸熱節(jié)(見圖3),并因高溫鐵液通過冒口頸填充型腔及補縮鑄件所產(chǎn)生的流通效應(yīng),使冒口頸處鐵液溫度較高,綜合作用的結(jié)果,使鑄件與冒口頸接觸處鐵液凝固速度最慢[3],成了最后凝固區(qū)域。由于該部位結(jié)晶組織粗大,易形成縮孔或疏松缺陷,所以在之后的液壓試驗中往往會發(fā)生滲漏。

    圖3 熱節(jié)圓示意

    4 進給液壓缸缸體鑄件鑄造工藝改進

    4.1 澆注位置改進

    原工藝澆注位置:進給液壓缸缸體的軸心線保持水平,缸體鑄件內(nèi)外圓柱面處于澆注位置的“頂面”,金屬液中的渣子、氣體(受浮力作用的結(jié)果)往往最容易在此聚集,使進缸體鑄件的渣眼、氣孔缺陷明顯增多。改進后鑄件的澆注位置(見圖4),使缸體鑄件的軸線呈“豎直”狀態(tài),讓缸體的主要工作表面即內(nèi)外圓柱面成為澆注位置的“側(cè)面”,避免了其作為“頂面”時相應(yīng)的一些鑄造缺陷(氣孔、渣孔等)的產(chǎn)生,保證了缸體鑄件重要表面的質(zhì)量要求。

    圖4 改進后鑄造工藝

    4.2 造型工藝改進

    進給液壓缸缸體軸線保持豎直狀態(tài),采取一坯三件連鑄,毛坯輪廓尺寸為φ1 4 8 m m×φ84mm×840mm。自底面向上695mm高度位置屬鑄件部分,其余145mm高度段為冒口部分,用來對鑄件進行補縮,避免收縮缺陷產(chǎn)生;采用粘土砂造型,濕型,干芯;一型兩坯,立澆底注,兩毛坯共用一澆注系統(tǒng)。為避免澆注時造成“跑火”,下型不設(shè)置砂芯排氣通道,砂芯的氣體由上部排出。

    4.3 制芯工藝改進

    進給液壓缸缸體鑄件內(nèi)孔φ8 4 m m,長840mm,內(nèi)孔面需用一圓柱形砂芯形成。此砂芯長度尺寸大,金屬液充型完成后,周圍全被高溫金屬液包裹,砂芯內(nèi)部的氣體僅能從端頭排出,難度較大,為此砂芯制作必須保證排氣通暢。具體制作時,可準備一根長930mm的鐵管(作芯骨),管壁上鉆出許多徑向小孔(φ5~6mm,孔距50~100mm),并在鐵管外纏上草繩,放置在芯砂中心部位進行制芯。待到澆注作業(yè)時,由于受到高溫作用,草繩燃燒為灰燼,因此氣體就可以順利地從徑向小孔進入管道,從砂芯的上端排到砂型外部[4]。砂芯制好后,要刷上鉛粉涂料,并進行烘干處理。

    4.4 澆冒系統(tǒng)改進

    改進后的澆注系統(tǒng)由中注式改為底注式,使金屬液充型更為平穩(wěn),對砂型、砂芯沖擊力小,同時也利于氣、渣的上浮與排出。

    選取澆注系統(tǒng)各組元比例為F內(nèi):F橫:F直=1:1.5:1.1 ,F(xiàn)內(nèi)=2.6cm2(截面25/27mm×10mm),F(xiàn)橫=7.8c m2(截面24/28m m×30m m),F(xiàn)直=11.4cm2(φ38mm)。

    冒口改為由缸體毛坯的延長部分替代,高度為145mm,上表面敞開,補縮效果好,易于排氣、積渣。澆注系統(tǒng)如圖5所示。

    圖5 澆注系統(tǒng)

    5 在鑄造生產(chǎn)中最易出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

    對于液壓件來說,組織疏松是一個非常致命的缺陷。鑄件一旦出現(xiàn)這樣的缺陷,在之后的液壓試驗時就會因滲漏而報廢。而且,由于這種缺陷往往是在機加工結(jié)束時才會發(fā)現(xiàn),造成的損失會更大,因此更應(yīng)該引起足夠的重視。要避免這樣的缺陷,關(guān)鍵要做好以下兩個方面工作。

    (1)保證鐵液成分的穩(wěn)定性 經(jīng)過配料計算出爐料配比后,按照該配比進行備料,理論上應(yīng)能夠保證鐵液化學(xué)成分要求。但實際生產(chǎn)中因為各種原因,鐵液的化學(xué)成分會發(fā)生波動,即鐵液化學(xué)成分時而合格,時而不合格。為防止鐵液成分波動太大,造成鑄件組織疏松,熔煉備料時應(yīng)注意以下幾點。

    1)新生鐵應(yīng)為同一爐次的,不同爐次的新生鐵不得混用。

    2)回爐鐵應(yīng)依據(jù)成分分類使用。

    3)應(yīng)限制特種鋼的使用。

    4)爐料塊度應(yīng)適當(dāng),以防漏下,造成成分混亂。尤其是對硅鐵、錳鐵等合金的使用更應(yīng)注意[5]。

    (2)及時進行爐前測試及爐前處理 熔化出的金屬液是否適合缸體鑄件,澆注后鑄件的各項性能指標能否滿足要求,一般可通過爐前三角試片的白口數(shù)進行粗略的判斷。三角試片的白口量應(yīng)在3.5~5mm。白口超標時,加75%碎硅鐵孕育處理。白口<3.5mm時,鑄件容易產(chǎn)生疏松等鑄造缺陷,不能澆注,可用于澆注其他壁厚稍小一些的鑄件。

    6 生產(chǎn)驗證

    采用改進工藝,首批生產(chǎn)進給液壓缸缸體鑄件100件,毛坯驗收時報廢2件;對進給液壓缸缸體零件的機加工過程進行全程跟蹤。在機加工過程中,因內(nèi)孔面出現(xiàn)氣孔報廢1件;在進給液壓缸部裝結(jié)束后,對其進行液壓試驗時,缸體零件未出現(xiàn)液壓油滲漏現(xiàn)象,零件全部合格,綜合廢品率3%。隨后又生產(chǎn)多批,廢品率均控制在4%以內(nèi),保證了進給液壓缸缸體鑄件的質(zhì)量。

    7 結(jié)束語

    改進澆注位置,使進給液壓缸缸體的重要工作表面處于澆注位置的側(cè)面,能減少渣眼、氣孔等鑄造缺陷,鑄件質(zhì)量更容易得到保證;三件連鑄,內(nèi)孔細長,砂芯的排氣必須通暢,以減少氣孔缺陷的發(fā)生;作為液壓件,選擇適當(dāng)?shù)臓t料配比和熔煉工藝等,能防止鑄件產(chǎn)生組織疏松缺陷,避免產(chǎn)品試壓時出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

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