宋 巖

（中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)有限公司，江蘇常州 213011）

連接箱是柴油機(jī)—主發(fā)電機(jī)組的重要零部件之一，安裝在柴油機(jī)機(jī)體后端，連接柴油機(jī)和同步主發(fā)電機(jī)，承受同步主發(fā)電機(jī)的重量和反轉(zhuǎn)扭矩，需要有足夠的強(qiáng)度和韌性，連接箱質(zhì)量的好壞直接影響柴油機(jī)及主發(fā)電機(jī)的使用性能。

1 生產(chǎn)條件

我公司生產(chǎn)的球墨鑄鐵連接箱（下稱(chēng)連接箱，見(jiàn)圖1），其外形尺寸較大，且具有較大通孔，性能要求見(jiàn)表1.

圖1 連接箱鑄件圖

表1 連接箱性能要求

2 鑄造難點(diǎn)分析

1）連接箱屬箱體結(jié)構(gòu)，箱壁主要壁厚15 mm，而法蘭面壁厚達(dá)60 mm，壁厚差異大，孤立熱節(jié)較多，易在熱節(jié)、法蘭面等部位產(chǎn)生縮孔、縮松等鑄造缺陷。

2）該產(chǎn)品為球墨鑄鐵件，其凝固特性為糊狀凝固，共晶膨脹力大，易產(chǎn)生縮松、縮孔缺陷，另外球墨鑄鐵在澆注過(guò)程中如發(fā)生紊流易產(chǎn)生二次氧化現(xiàn)象，從而易導(dǎo)致氧化夾渣缺陷的產(chǎn)生。

3）連接箱一端與機(jī)體相連，另一端以凸緣定位方式與同步主發(fā)電機(jī)相連，外觀質(zhì)量和鑄件尺寸精度要求都很高。

3 鑄造工藝方案

根據(jù)鑄件本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)工藝分析后選用兩箱呋喃樹(shù)脂自硬砂手工造型工藝方案，局部設(shè)置適當(dāng)?shù)睦滂F和排氣冒口，選擇合適的涂料，以避免產(chǎn)生縮孔、縮松、夾砂、氣孔等缺陷，并對(duì)鐵水化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化，提高鑄件的內(nèi)在、表面質(zhì)量和尺寸精度。

3.1 造型工藝

3.1.1 澆注位置和分型面的選擇

連接箱采取兩箱呋喃樹(shù)脂自硬砂手工造型工藝，分型面沿大法蘭面水平分型，鑄件全部位于上型，并將觀察孔做成活塊方式，以便于起模，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)由一種砂芯組成，保證了鑄件尺寸精度，并防止法蘭面產(chǎn)生縮松、縮孔缺陷。

3.1.2 冷鐵工藝

為改善大法蘭面的凝固、冷卻條件，在法蘭面部位設(shè)置明冷鐵（見(jiàn)圖2、圖3），冷鐵間隙10 mm～15 mm，按照使用面圓周及間隙（10 mm）計(jì)算得出冷鐵尺寸150/120×90×40×50，以防止縮孔、縮松缺陷的產(chǎn)生。

圖2 連接箱工藝簡(jiǎn)圖

3.2 澆注系統(tǒng)選擇

澆注系統(tǒng)設(shè)置在鑄件法蘭周?chē)?，其充型過(guò)程是：金屬液從直澆道進(jìn)入橫澆道，再分配到各內(nèi)澆道后從鑄件頂部法蘭進(jìn)入鑄件（見(jiàn)圖3）.

圖3 連接箱澆注系統(tǒng)布置簡(jiǎn)圖

3.2.1 頂注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1）頂注形成順序凝固，補(bǔ)縮效果好，對(duì)消除縮孔是有利的。但鐵水容易氧化。對(duì)形狀簡(jiǎn)單的鑄件，產(chǎn)生的夾渣能上浮到冒口中或頂面。

2）澆道設(shè)置在鑄件頂部，金屬液在型內(nèi)流動(dòng)距離短，能有效減少鑄件冷夾、鐵豆等缺陷。

3.2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）橫澆道位置盡量高，最好是其頂面高于鑄件法蘭面，盡可能的減少鐵液降溫，也能提高鐵液的充型速度。

2）橫澆道必須采用高梯形，內(nèi)澆道為扁薄型，保證上浮到橫澆道頂面的熔渣不在內(nèi)澆道的吸動(dòng)區(qū)內(nèi)，防止熔渣進(jìn)入型腔。

3）內(nèi)澆道呈分散均勻分布，采用切線式內(nèi)澆口，使鐵水進(jìn)入型腔后，變?yōu)檠貓A周運(yùn)動(dòng)，不致亂流，減輕對(duì)型壁的沖擊，使得渣子聚集在中心，保證鑄件的邊緣部分質(zhì)量高。

4）為降低橫澆道內(nèi)金屬液的流動(dòng)速度，使金屬液在橫澆道內(nèi)流動(dòng)平穩(wěn)，澆注系統(tǒng)各組元尺寸比例設(shè)計(jì)成半封閉式，即橫澆道斷面積最大。

3.2.3 鑄造工藝參數(shù)的確定和工藝措施

1）鑄件收縮率：1%.

2）加工余量：內(nèi)、外圓等處加工余量均為7 mm.

3）分型負(fù)數(shù)：由于鑄型長(zhǎng)、寬尺寸均比較大，所以下型各設(shè)置分型負(fù)數(shù)1 mm.

4）澆注時(shí)間的確定

球鐵件澆注時(shí)間按公式（1）計(jì)算：

式中：t-澆注時(shí)間，s；GL-型內(nèi)金屬液總重量，包括澆、冒口系統(tǒng)重量，kg；δ-鑄件的平均壁厚，mm；S2-系數(shù)。

取GL=210 kg，δ=20 mm，S1=1.8，則t=27 s.

取該件的澆注時(shí)間為27 s.

5）驗(yàn)算型內(nèi)液面上升速度

通過(guò)計(jì)算型內(nèi)液面上升速度來(lái)驗(yàn)證澆注時(shí)間是否合理。平均液面上升速度按公式（2）計(jì)算。

式中：VL-型內(nèi)液面上升速度，cm/s；C-鑄件在澆注位置時(shí)的高度，cm；t-澆注時(shí)間，s.

取C=29 cm，t=27 s，計(jì)算得VL=1.07 cm/s.

即大于最小液面上升速度（1 cm/s～2.0 cm/s），說(shuō)明澆注時(shí)間t=27 s 確定合理。

6）阻流截面積設(shè)計(jì)

本澆注系統(tǒng)采用阻流斷面設(shè)計(jì)法，根據(jù)小孔出流托里拆利定律，阻流截面積由公式（3）設(shè)計(jì)。

式中：F阻-澆注系統(tǒng)最小截面積，cm2；GL-流經(jīng)F阻截面的金屬液總重量，kg；μ-流量損耗系數(shù)（0.55～0.65）；t-澆注時(shí)間，s；Hp-平均靜壓力頭高度，cm.

取GL=180 kg，μ=0.55，t=27 s，Hp=35 cm，則：F阻=11.25 cm2.

采用6 道內(nèi)澆道，采用半封閉式澆注系統(tǒng)，取ΣF內(nèi)：ΣF橫：ΣF直=1.2∶4∶2，且使用過(guò)濾網(wǎng)F網(wǎng)=（1.2～1.3）F直，經(jīng)計(jì)算得：ΣF橫=21.25 cm2，ΣF網(wǎng)=16.8 cm2，ΣF直=19.625 cm2.

3.3 澆注過(guò)程控制

合箱后鑄型平穩(wěn)放置使鐵水平穩(wěn)進(jìn)入型腔，便于型腔內(nèi)氣體排出，避免出現(xiàn)澆不足、氣孔等缺陷。澆注收包后，應(yīng)及時(shí)點(diǎn)沖澆口兩次，保持澆口杯呈充滿(mǎn)狀態(tài)。

3.4 熔煉工藝選取

連接箱鑄件材質(zhì)為QT500-7，化學(xué)成分控制見(jiàn)表2.

表2 連接箱化學(xué)成分

球化處理溫度為1 450 ℃～1480 ℃，澆注溫度為1 450 ℃～1 470 ℃，球化劑為稀土鎂鐵合金，球化處理前將球化劑搗實(shí)，并用細(xì)鐵粉覆蓋在球化劑上，再在上面壓一塊8 mm 厚的鋼板，防止球化處理時(shí)球化劑與鐵水反應(yīng)時(shí)飛濺和球化劑過(guò)度燒損，并避免鐵液球化處理不均勻和鐵水溫度下降過(guò)快。采用一次孕育，孕育劑為FeSi75.

4 生產(chǎn)實(shí)施及效果驗(yàn)證

在生產(chǎn)過(guò)程中該工藝操作性強(qiáng)，觀察孔設(shè)計(jì)成活塊方式，便于起模（如圖3 所示）；內(nèi)腔結(jié)構(gòu)由一種砂芯組成，避免了傳統(tǒng)的多種砂芯組合所引起的累積尺寸誤差問(wèn)題，保證了產(chǎn)品的尺寸精度。冷鐵設(shè)置在下型平面上，冷鐵擺放簡(jiǎn)單、間隙易于控制，且避免了配模時(shí)冷鐵脫落現(xiàn)象，能夠有效改善這些熱節(jié)部位的凝固、冷卻條件，從而防止縮孔、縮松缺陷的產(chǎn)生。采取上述工藝生產(chǎn)的連接箱鑄件，清理后表面無(wú)任何缺陷，理化性能均達(dá)到技術(shù)要求，見(jiàn)表3.鑄件加工后，無(wú)肉眼可見(jiàn)的缺陷，現(xiàn)已裝機(jī)使用。

表3 連接箱性能

5 結(jié)論

生產(chǎn)壁厚差異大、尺寸精度要求高的球鐵件，采用合理的工藝方案、設(shè)置適當(dāng)?shù)睦滂F和排氣系統(tǒng)，可以有效的避免鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔、氣孔等缺陷。嚴(yán)格控制碳當(dāng)量，一方面可提高鐵水的流動(dòng)性，使鐵水充型能力增強(qiáng)；另一方面可以充分利用石墨化膨脹的自補(bǔ)縮作用，減小縮松傾向。嚴(yán)格控制澆注溫度，能夠很好的防止縮松、冷隔缺陷出現(xiàn)。