周樹(shù)楊，李棟, 杜文強(qiáng), 孟慶文,王瑞

（1.寧夏共享模具有限公司，寧夏銀川 750021；2. 共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

?

小件疊芯造型工藝改進(jìn)

周樹(shù)楊1，李棟1, 杜文強(qiáng)1, 孟慶文1,王瑞2

（1.寧夏共享模具有限公司，寧夏銀川 750021；2. 共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

摘要：針對(duì)需求量大的小型鑄件,因?yàn)閱舞T成本高,通常使用疊芯造型工藝，但常規(guī)疊芯工藝鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)卷氣、冷隔、夾雜等缺陷。本文旨在通過(guò)工藝設(shè)計(jì),解決上述缺陷，提高疊芯造型鑄件的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：疊芯工藝；逐層充型；充型模擬

稿件編號(hào):1510- 1085

1 鑄件信息

我公司生產(chǎn)的一種小型鑄件，訂單量大,年需求量千余件。其材質(zhì)為HT300，單件鑄件質(zhì)量為38 kg，輪廓尺寸320 mm×270 mm×115 mm，最大壁厚85 mm，最小壁厚16 mm，尺寸精度要求ISO8062-CT11級(jí)，實(shí)體硬度為187-223HB，單鑄試塊抗拉強(qiáng)度大于300 MPa、硬度小于230 HB。具體鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主體方形框架壁厚較薄，兩側(cè)地腳則為厚壁。

圖 1 鑄件三維圖

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 原工藝

針對(duì)該鑄件總質(zhì)量輕與訂單量大的特點(diǎn)，我公司設(shè)計(jì)了疊芯造型工藝，實(shí)現(xiàn)一箱多件，降低砂鐵比，提高工藝出品率和生產(chǎn)效率，達(dá)到降低成本的目的。該鑄件毛坯質(zhì)量38 kg，結(jié)合我公司1 t電爐、砂箱尺寸等生產(chǎn)條件，確定一箱六件，分三層的疊芯工藝。

該工藝采用底注式澆注系統(tǒng)，鐵液從型腔底部側(cè)面進(jìn)流，澆道采用開(kāi)放式比例，降低內(nèi)澆口流速，使鐵液進(jìn)流后液面穩(wěn)定上升，保證充型過(guò)程平穩(wěn)，避免鐵液飛濺，不利于夾渣和氣孔的形成。

為了方便造型、起模,選擇主體方形框架底面作為分型面,保證鑄件主體結(jié)構(gòu)在同一型內(nèi),便于尺寸控制,如圖2所示。

圖 2 分型面

綜上所述，該工藝采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，每層澆注系統(tǒng)一致，比例為1∶2.5∶1.8，在澆口盆中設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，如圖3所示。

圖 3 原工藝三維圖

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和澆注系統(tǒng)，將砂芯分為四層，主體砂芯活面相同，模具通用,節(jié)約成本，如圖4所示。

圖 4 分芯方案

使用該工藝生產(chǎn),鑄件經(jīng)常出現(xiàn)氣孔、冷隔、夾雜等缺陷，廢品率達(dá)到23%。

2.2 缺陷統(tǒng)計(jì)和充型模擬

針對(duì)該產(chǎn)品廢品率高的問(wèn)題，對(duì)2014年生產(chǎn)的800件的缺陷情況進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，如表 1 所示。

表 1 缺陷統(tǒng)計(jì)表

結(jié)合工藝和缺陷情況,分析澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)。采用CAE軟件對(duì)原工藝澆注系統(tǒng)進(jìn)行充型模擬，如圖5所示,結(jié)果顯示三層鑄件基本同時(shí)充型,鐵液通過(guò)冒口從上一層型腔進(jìn)流, 影響該層型腔出氣,鐵液飛濺,卷氣風(fēng)險(xiǎn)大，故澆注系統(tǒng)不合適。

圖 5 原工藝充型過(guò)程流速和卷氣模擬

2.3 澆注系統(tǒng)改進(jìn)

因?yàn)樵に嚌沧⑾到y(tǒng)不合適，所以必須調(diào)整澆注系統(tǒng),重新計(jì)算比例，使鐵液平穩(wěn)地逐層充滿型腔，保證渣子通過(guò)冒口上浮，且進(jìn)入每層型腔的鐵液互不干擾，以有效控制氣孔、冷隔、夾雜等缺陷，使鑄件合格、質(zhì)量穩(wěn)定。

根據(jù)鑄件毛坯質(zhì)量和主要壁厚計(jì)算有效澆注時(shí)間[1]：

式中，t為鑄件有效澆注時(shí)間，s；G為澆注鐵液質(zhì)量， kg；σ為鑄件的主要壁厚（一般指最薄壁厚），mm；n為澆注系統(tǒng)的組數(shù)（或澆包個(gè)數(shù)）。由此計(jì)算可得t=20.2 s。

根據(jù)澆注鐵液質(zhì)量和靜壓頭高度計(jì)算阻流截面(直澆道)[2]：

式中，S阻為阻流截面積，cm2；M為金屬流過(guò)阻流截面的質(zhì)量，kg；ρ為灰鐵密度，kg·cm-3；t為澆注時(shí)間，s；μ為流量系數(shù)，一般選取范圍為0.15～0.95之間；g為重力加速度，980 cm·s-1；Hp為平均壓力頭，cm。為實(shí)現(xiàn)逐層澆注，設(shè)計(jì)每層充型時(shí)間為5～7 s，計(jì)算每層澆注系統(tǒng)阻流截面，計(jì)算可得S阻(底層)=15.3 cm2，S阻(中層)=18.4 cm2，S阻(頂層)=19.1 cm2。

頂層采用封閉式澆注系統(tǒng)，其余兩層采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道尺寸規(guī)格如表2所示。

表2 澆注系統(tǒng)參數(shù)表

在水口盆中放置過(guò)濾網(wǎng),鐵液從最底層開(kāi)始進(jìn)流，新工藝的澆注系統(tǒng)如圖6所示。

圖 6 鑄件澆注系統(tǒng)

2.4 充型模擬

對(duì)新工藝通過(guò)CAE軟件進(jìn)行充型模擬，如圖7所示，結(jié)果顯示三層鑄件逐層開(kāi)始充型,鐵液液面平穩(wěn)上升，卷氣風(fēng)險(xiǎn)小，模擬合格，可進(jìn)行生產(chǎn)試制。

圖 7 新工藝充型過(guò)程流速和卷氣模擬

3孕育處理

新工藝熔煉工藝不變，根據(jù)鑄件材質(zhì)和性能要求，選用75硅鐵孕育劑進(jìn)行孕育，孕育劑粒度適中，加入量為0.4%～0.6%，確保鐵液孕育均勻、充分。

結(jié)合本公司實(shí)際情況，鑄件的化學(xué)成分設(shè)計(jì)范圍為w（C）3.0%～3.3%、w（Si）1.6%～1.9%、w（Mn）0.7%～1.0%、w（S）0.06%～0.12%、w（P）≤0.05%。

因使用疊箱造型澆注系統(tǒng)，澆注時(shí)間較長(zhǎng)，須適當(dāng)提高澆注溫度，避免出現(xiàn)澆不足、冷隔、嗆氣孔等缺陷,故確定澆注溫度為1 390±10 ℃。

4 生產(chǎn)驗(yàn)證

本文所述小型鑄件通過(guò)調(diào)整澆注系統(tǒng)比例，使鐵液逐層進(jìn)流，改善鑄件質(zhì)量。為驗(yàn)證所述工藝的合理性，我公司按照新工藝生產(chǎn)試制了首箱，并安排了相關(guān)檢測(cè)驗(yàn)證。

(1) 經(jīng)過(guò)三維劃線，分析得出鑄件壁厚均勻、未變形，鑄件尺寸達(dá)到ISO8062-CT11級(jí)。

(2) 清理鑄件后鑄件表面無(wú)裂紋、夾渣等缺陷。

(3) 檢測(cè)單鑄試塊抗拉強(qiáng)度、表面硬度和實(shí)體硬度，單鑄試塊抗拉強(qiáng)度大于320 MPa，硬度小于225 HB，鑄件實(shí)體硬度為190～212 HB，滿足顧客要求，鑄件性能合格。

綜上所述，首箱試制成功，說(shuō)明本工藝具有可行性和可執(zhí)行性。到目前為止，我公司使用新工藝生產(chǎn)該產(chǎn)品共500余件，其中3件存在氣孔缺陷，1件因過(guò)程操作原因夾砂報(bào)廢，廢品率為0.8%。

5 結(jié)論

(1)針對(duì)批量大的小型鑄件，使用疊芯工藝，實(shí)現(xiàn)一箱多鑄，提高生產(chǎn)效率，降低鑄造成本。

(2)通過(guò)CAE軟件模擬充型過(guò)程，驗(yàn)證了工藝的合理性。

(3)通過(guò)調(diào)整澆注系統(tǒng)比例，使鐵液逐層進(jìn)流，解決卷氣、冷隔和夾雜等缺陷，提高疊芯造型工藝的鑄件質(zhì)量，降低廢品率。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉文川.黑色鑄件有效澆注時(shí)間計(jì)算公式探討[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),1999（6）:3- 9.

[2] 李新亞,中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè):鑄造工藝5（第3版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011:172- 173.

Improvement of superposing core casting technology for one type of small casting

ZHOU ShuYang1, LI Dong1, DU WengQiang1,MENG QingWen1,WANG Rui2
(1.Kocel Pattern Co., Ltd., Yinchuan 750021, Ningxia，China; 2.Kocel Machinery Limited, Yinchuan 750021, Ningxia，China)

Abstract：According to the fact that many small castings were high demanded and costed a lot if be cast singly, superposing core casting technology was designed to improve the production efficiency and reduce the casting cost. However the quality of castings ,which were likely to suffer from air entrapment , cold shut, inclusion and so on, was unsteady. The purpose of this paper was to through the technological design, solve the above defects and improve the quality of castings produced by superposing core casting technology.

Keywords：superposing core casting technology; fi lling step by step ; simulation of fi lling process

中圖分類(lèi)號(hào)：TG242.1；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

文章編號(hào):1006-9658（2016）02-0028-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.02.009

收稿日期:2015- 10- 09

作者簡(jiǎn)介：周樹(shù)楊（1991—），男，現(xiàn)從事鑄造工藝設(shè)計(jì)工作.