任國(guó)波，王建榮，張 杰

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇 常州 213011）

1 產(chǎn)品介紹

連接墻板為公司承接的重要零件，鑄件材料為GGG50-EN1563（QT500-7 GB/T1348-2019），重 量為1 300 kg，零件結(jié)構(gòu)為上下類似的板狀（板狀尺寸小為1 408 mm×1 749 mm），使用6 根不同規(guī)則的柱子連接，連接柱不能有起模斜度，鑄造公差符合ISO-8062 CT10 級(jí)，加工后不允許存在鑄造缺陷。零件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 連接墻板零件三維圖

2 工藝方案設(shè)計(jì)及Procast 工藝模擬

2.1 連接墻板砂芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連接墻板屬于板狀連接結(jié)構(gòu)，高度較高，分析認(rèn)為在鐵水上升過(guò)程中僅能通過(guò)連接柱鐵水流入上部平板。且連接柱處圖紙上不允許存在起模斜度，在與客戶溝通后同意中間的連接柱放起模斜度，其余5 個(gè)連接柱外側(cè)無(wú)起模斜度只能使用砂芯結(jié)構(gòu)。具體砂芯結(jié)構(gòu)工藝如圖2 所示，其中2#、3#、4#、5#、6#砂芯為五個(gè)連接柱砂芯，須將2#～6#砂芯提前落入1#砂芯中，砂芯組合完成后將整體砂芯落入下型中。

圖2 砂芯工藝方案

砂芯設(shè)計(jì)方案：外側(cè)5 個(gè)連接柱使用砂芯結(jié)構(gòu)，連接柱砂芯落入中間大砂芯中。采用此工藝，鑄件在連接柱披縫較小，操作簡(jiǎn)單。

2.2 連接墻板澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)連接墻板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，防止?jié)沧r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生鑄造冷隔缺陷，澆注系統(tǒng)采用階梯式澆注系統(tǒng)。連接墻板的澆注時(shí)間根據(jù)原底注式澆注系統(tǒng)確定為30 s.

1）阻流截面積

最小阻流截面設(shè)在上層直澆口最低處（如圖3所示），確定金屬液平均靜壓頭為70 cm，流量損耗系數(shù)取0.6.

圖3 連接墻板澆注系統(tǒng)

A阻—阻流截面積，調(diào)整為28.26 cm2；μ1—流量損耗系數(shù)；t—澆注時(shí)間；H1—金屬液平均靜壓力頭高度）.

2）下層內(nèi)澆道截面積

將阻流截面設(shè)置在主直澆道下端，使金屬液在分配直澆道中呈不充滿狀態(tài)，并使H＜H0，從而實(shí)現(xiàn)逐層引注[1]。考慮到實(shí)施分層引入主要是防止開(kāi)始澆注靜壓頭最大、通過(guò)阻流截面的鐵液量最大時(shí)上層內(nèi)澆道注入鐵液，所以確定下層內(nèi)澆道尺寸時(shí)按澆注初期的靜壓頭計(jì)算，取112.4 cm，兩層內(nèi)澆道間距離為H0=100 cm，下層內(nèi)澆道流量損耗系數(shù)取0.56.

取內(nèi)澆道6 道，尺寸為60 mm×10 mm，A下內(nèi)修正為36 cm2.

分層橫澆道截面積A下橫=（1～1.5）A下內(nèi)，選取A下橫=1.15A下內(nèi)=41.4 cm2.

3）上層內(nèi)澆道截面積

通常底層以上各層內(nèi)澆道比底層內(nèi)澆道截面積大，取內(nèi)澆道6 道，斷面尺寸為65 mm×10 mm，A上內(nèi)=39 cm2.

2.3 Procast 工藝模擬

通過(guò)分析連接墻板熱節(jié)結(jié)構(gòu)及位置，在連接柱對(duì)應(yīng)的上型位置放置φ80 mm 保溫冒口，在連接柱對(duì)應(yīng)的下型位置放置冷鐵，并在上、下層板的容易產(chǎn)生縮孔的位置放置冷鐵。經(jīng)Procast 工藝模擬發(fā)現(xiàn)在連接柱與冒口的連接處存在縮孔缺陷可能性較大，如圖4 所示。

圖4 Procast 工藝模擬結(jié)果

3 工藝試制方案及結(jié)果

3.1 工藝試制方案

根據(jù)Procast 工藝模擬結(jié)果，在工藝試制時(shí)加大保溫冒口尺寸為φ100 mm，放置冷鐵的位置增加冷鐵厚度；外模和砂芯涂刷醇基鋯英粉涂料和醇基石墨涂料各一遍；澆注溫度為1 355 ℃～1 365 ℃，開(kāi)箱時(shí)不允許去除澆注系統(tǒng)，去應(yīng)力退火后去除。

3.2 工藝試制結(jié)果

試制產(chǎn)品經(jīng)過(guò)全尺寸劃線兩個(gè)連接板之間距離（1 000±4）mm（見(jiàn)圖5 圈出部分）尺寸在局部面存在超差。

鑄件表面質(zhì)量良好，UT 探傷內(nèi)部質(zhì)量符合圖紙要求。

4 連接墻板尺寸不良工藝改進(jìn)

經(jīng)分析產(chǎn)生尺寸變形缺陷的主要原因?yàn)樽冃挝恢脹](méi)有連接柱且遠(yuǎn)離連接柱。為解決變形缺陷，采取在變形位置增加工藝?yán)睿ㄎ恢萌鐖D6 所示），且在去應(yīng)力退火后去除拉筋。

措施實(shí)施后生產(chǎn)3 件鑄件，尺寸符合圖紙要求，表面質(zhì)量良好。

圖5 變形位置

5 結(jié)束語(yǔ)

使用合理的砂芯結(jié)構(gòu)能滿足圖紙中關(guān)于連接柱的尺寸要求。連接墻板類型鑄件使用階梯式澆注系統(tǒng)能有交保證鐵水澆注速度及鑄型內(nèi)鐵水溫度，且充型平穩(wěn)。開(kāi)放式大型鑄件在必要時(shí)須放置工藝筋防止變形。

圖6 增加工藝筋