基于均衡凝固原理的無冒口鑄造工藝研究

牽引板是泰山-12拉緊式牽引裝置的重要件。材料為q450-10，鑄造重量10.5kg，外形為312mm203mm96mm，主壁厚度為21mm。鑄造質(zhì)量直接影響到整個機(jī)器的吸引力。開始應(yīng)用傳統(tǒng)的大冒口補(bǔ)縮工藝，工藝出品率只有55%。為提高工藝出品率，降低鑄件成本，筆者分析了原工藝存在的問題，運(yùn)用均衡凝固的原理，經(jīng)生產(chǎn)現(xiàn)場試驗，修正了工藝，實現(xiàn)了無冒口鑄造，取得了較為理想的效果。1原工藝分析1.1澆注溫度和冒口原鑄造工藝如圖1所示。砂箱造型，濕砂型，表面硬度約70，每型一件。3t·h-1熱風(fēng)沖天爐熔煉，化學(xué)成分(wB/%為：3.5～3.8C,2.3～3.0Si,0.4～0.8Mn,<0.1P,<0.03S,0.02～0.05RE,0.030.07Mg。出爐溫度1380～1420℃（光學(xué)溫度計）。足夠重量的壓箱鐵保證不漲箱。100kg抬包澆注，澆注溫度1320～1360℃（光學(xué)溫度計）。球鐵有較大的縮松傾向，按傳統(tǒng)的鑄造工藝要設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。冒口的安放應(yīng)遵循以下幾個原則。(1）冒口應(yīng)盡量放在鑄件被補(bǔ)縮部位上方或最后凝固的熱節(jié)點(diǎn)旁邊。(2）冒口應(yīng)盡量放在最高最厚的地方，以便利用金屬液的自重力進(jìn)行補(bǔ)縮。(3）在鑄件的不同高度上有熱節(jié)需要補(bǔ)縮時，可按不同水平面安放冒口。(4）冒口應(yīng)盡可能不阻礙鑄件的收縮。(5）為加強(qiáng)鑄件的定向凝固，應(yīng)盡可能使內(nèi)澆道靠近冒口或通過冒口。1.2冒口的其他影響因素傳統(tǒng)工藝的要點(diǎn)主要有二：一是球鐵需要足夠大的冒口進(jìn)行補(bǔ)縮；二是冒口應(yīng)盡量放在鑄件的熱節(jié)上。牽引板鑄件壁厚較為均勻，熱節(jié)不明顯，熱節(jié)圓與鑄件壁厚相差不大，如果冒口安放在熱節(jié)上，冒口不易清除。同時，澆道不易靠近冒口或通過冒口，不能保證冒口中的鐵液溫度最高，影響其補(bǔ)縮效果。另外，冒口補(bǔ)縮的前提是定向凝固，而球鐵的凝固方式為體積凝固，加上鑄件壁厚的均勻性，難以形成較為暢通的補(bǔ)縮通道?；谝陨戏治觯瑸榘l(fā)揮冒口的作用，一是增大冒口的體積，以保證冒口最后凝固；二是增加內(nèi)澆道的尺寸，把最后凝固部分引到冒口中來；三是在澆注時控制澆注速度，開始慢澆，使鐵液邊澆注邊冷卻；或改為明冒口，在澆注后期點(diǎn)冒口。這樣，人為的影響因素較大，難以控制。原工藝出現(xiàn)的廢品中，絕大多數(shù)為鑄件補(bǔ)縮不足而出現(xiàn)的表面凹陷，常發(fā)生的部位是四爪的根部。即使是成品，也有相當(dāng)一部分上表面出現(xiàn)凹陷，只是因在加工余量范圍內(nèi)沒打成廢品。實踐證明，原工藝確實不盡合理。2改進(jìn)的工藝及其分析2.1均衡凝固改進(jìn)后的工藝如圖2所示。均衡凝固技術(shù)為本工藝的理論根據(jù)。鑄鐵冷卻時要產(chǎn)生體積收縮，凝固時析出石墨要產(chǎn)生體積膨脹，均衡凝固就是利用膨脹和收縮動態(tài)疊加的自補(bǔ)縮和澆冒口系統(tǒng)的外部補(bǔ)縮，采用工藝措施，使單位時間的收縮與膨脹、收縮與補(bǔ)縮按比例進(jìn)行的一種凝固工藝原則。均衡凝固強(qiáng)調(diào)補(bǔ)縮工藝設(shè)計，都應(yīng)以自補(bǔ)縮為基礎(chǔ)。一個需要設(shè)置冒口補(bǔ)縮的鑄件，也要充分利用石墨化膨脹的自行補(bǔ)縮，冒口只是補(bǔ)充自補(bǔ)不足的差額。在凝固時間上，冒口不必要晚于鑄件凝固。在尺寸上，冒口的模數(shù)可以小于鑄件的模數(shù)。在位置上，冒口不應(yīng)該也不能放在鑄件的熱節(jié)上，冒口要靠近熱節(jié)，以利于補(bǔ)縮；冒口又要離開熱節(jié)，以減少冒口對鑄件的熱干擾。冒口離開鑄件的幾何熱節(jié)，是均衡凝固的關(guān)鍵技術(shù)之一，特別強(qiáng)調(diào)內(nèi)澆道根部、冒口根部與鑄件的幾何熱節(jié)，不能重合。從澆注位置上，優(yōu)先采用頂注工藝，使先澆入的鐵液盡快靜止下來，提前冷卻并開始凝固，進(jìn)入石墨化膨脹，以提高自補(bǔ)縮的利用程度。均衡凝固還強(qiáng)調(diào)冷鐵的使用，冷鐵的作用除調(diào)節(jié)鑄件的溫度，防止鑄件厚壁、熱節(jié)處的縮松外，還可以使鑄件的一部分石墨化膨脹提前，有利于脹縮的早期疊加。2.2凝固前內(nèi)澆道管四爪間安放外冷鐵，冷鐵外形尺寸260mm×100mm×46mm，呈槽型，壁厚8mm。外冷鐵使四爪提前凝固，其液態(tài)收縮能得到上部鐵液的補(bǔ)充。同時，還能發(fā)揮由于石墨化膨脹的自補(bǔ)縮作用，保證了四爪及其根部不會出現(xiàn)凹陷。去掉以前專設(shè)的冒口，改為飛邊直澆道，其截面積加大，同時起到一定的液態(tài)補(bǔ)縮作用。內(nèi)澆道呈扁平形。內(nèi)澆道凝固前，澆口補(bǔ)充鑄型內(nèi)鐵液的一部分液態(tài)收縮。內(nèi)澆道略先于鑄件凝固，之后，鑄件靠石墨化的膨脹進(jìn)行自補(bǔ)縮。2.3外冷鐵的注覆物(1）適當(dāng)增加鑄型的緊實度，鑄型硬度不低于70。(2）澆注時注意擋渣，最好使用擋渣效果較好的茶壺式澆包。(3）外冷鐵表面要刷一層涂料，防止冷鐵所引起的氣孔、嗆火等缺陷