異型鑄件立式離心鑄造工藝

異型鑄件立式離心鑄造工藝

根據(jù)垂直離心鑄造的形狀，可分為金屬模和異型砂模的鑄造型。金屬模的鑄造型只能極限低的簡(jiǎn)單循環(huán)鑄造的高度。asm模型適用于形狀復(fù)雜、帶有型芯的異型件，但應(yīng)配置簡(jiǎn)單有效的注水系統(tǒng)。按澆道排列形式又可分為單型腔和多型腔立式離心鑄造(見圖1)。單型腔立式離心鑄造時(shí),帶有型芯的鑄型繞自身重心垂直線旋轉(zhuǎn),金屬液由位于中心線上的直澆道注入,通過內(nèi)澆道對(duì)鑄件補(bǔ)縮,多型腔立式離心鑄造時(shí),若干個(gè)型腔對(duì)稱分體在直澆道(旋轉(zhuǎn)中心)周圍,且用橫澆道加以連接,金屬液由直澆道經(jīng)橫澆道,在內(nèi)澆道處對(duì)各個(gè)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。單型腔和多型腔立式離心鑄造均是依靠離心力的作用,將澆道中金屬液從旋轉(zhuǎn)中心(直澆道)甩向鑄件外緣進(jìn)行補(bǔ)縮,同時(shí)這也加劇了鑄件外緣至旋轉(zhuǎn)中心的順序凝固。于是鑄件的冒口質(zhì)量和數(shù)量可大大減少,甚至可不設(shè)專門冒口,這不但降低鑄件清理成本,也節(jié)約了金屬材料。和重力鑄造相比,鑄鋼件工藝出品率可提高15%～30%。另一方面離心力促使金屬液在鑄型中作定向運(yùn)動(dòng),先凝固的固相晶體密度大于液相的,導(dǎo)致在內(nèi)壁邊緣先凝固晶體推向外壁,這有利于鑄件由外向內(nèi)的順序凝固。金屬液的定向運(yùn)動(dòng)破碎和細(xì)化了部分樹枝狀晶,克服了枝晶間“隧道”阻力進(jìn)行補(bǔ)縮,鑄件變得致密,性能得到改善,從而延長(zhǎng)了鑄件的工作壽命。1垂直離心式鑄造工藝1.1自反向凝固的基本原則異型鑄鋼件的立式離心鑄造工藝設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下二個(gè)原則:一是建立起自外向內(nèi)的順序凝固;二是在澆注系統(tǒng)中保持足夠的鋼液,保證凝固過程中能不斷地對(duì)鑄件實(shí)行離心力補(bǔ)縮。1.2工藝特點(diǎn)1.2.1鑄造、澆道、冒口外形對(duì)稱,中間為型芯的鑄鋼件可采用單型腔立式離心鑄造、在鑄件中心線上安放直澆道或冒口。非對(duì)稱外形,尺寸不大的鑄件可考慮多型腔離心鑄造,將橫澆道和各鑄件的厚截面相連便于補(bǔ)縮。1.2.2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)在立式離心鑄造異型鑄鋼件時(shí),通常將中心直澆道兼作冒口補(bǔ)縮用,為進(jìn)一步形成中心至鑄件外緣的溫度梯度和逐級(jí)補(bǔ)縮,澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足下式。式中,M直為直澆道模數(shù),M橫為橫澆道模數(shù),M鑄為鑄件被補(bǔ)縮部位模數(shù)。1.2.3輸入位置厚壁中空鑄鋼件在立式離心鑄造時(shí),可將頂部冒口盡可能地移至旋轉(zhuǎn)中心或中心孔內(nèi)側(cè),這將有利于冒口中鋼液最大限度從中心向鑄件外緣補(bǔ)縮。1.2.4擴(kuò)大澆道截面澆注系統(tǒng)應(yīng)貯存足夠的鋼液作離心力補(bǔ)縮之用,但往往為節(jié)約鋼水,減小橫澆道截面,而在內(nèi)澆道處擴(kuò)大澆道截面,甚至可放置一定尺寸的“邊冒口”來貯蓄鋼水,作為補(bǔ)縮澆道,見圖2。此時(shí),直澆道和橫澆道僅僅作為鋼液的通道,而補(bǔ)縮澆道起到對(duì)鑄件補(bǔ)縮功能。在多型腔立式離心鑄造中,連接各個(gè)鑄件內(nèi)澆道處也可根據(jù)補(bǔ)縮需要,設(shè)置足夠容積補(bǔ)縮澆道。1.2.5確定補(bǔ)縮澆道的最大補(bǔ)氣量異型鑄件立式離心鑄造工藝設(shè)計(jì)后,應(yīng)對(duì)它的澆注系統(tǒng)補(bǔ)縮能力按下式驗(yàn)證。式中,VP為直澆道或補(bǔ)縮澆道的最大補(bǔ)縮量,離心鑄造中該值大于重力鑄造時(shí)同尺寸冒口的最大補(bǔ)縮量,K為鑄件凝固體收縮率,V鑄為鑄件體積,在多型腔立式離心鑄造中為幾個(gè)鑄件體積總和,V澆道為直澆道和橫澆道體積之和,在設(shè)置補(bǔ)縮澆道時(shí),V澆道就用補(bǔ)縮澆道總體積來代替。1.2.6冷鐵和輔助噴射如果鑄件難以形成由外向內(nèi)的順序凝固,那末在鑄件孤立熱節(jié)區(qū)域應(yīng)安放冷鐵或添加從鑄型中心至該熱節(jié)的輔助橫澆道。1.2.7鑄鋼件的強(qiáng)度鑄型通常為水玻璃砂模,樹脂砂模或精鑄模殼,鑄型必須保持一定的干拉強(qiáng)度,型芯須緊固。簡(jiǎn)單件澆注時(shí),鑄型轉(zhuǎn)速不作變化,厚壁或復(fù)雜的鑄鋼件鑄型可作變速旋轉(zhuǎn)。低速可減少澆注初期鋼液對(duì)鑄型壁的沖蝕,澆注后期或結(jié)束時(shí)的高速能確保離心力對(duì)鑄件的補(bǔ)縮效果。1.2.8灌溉速度和溫度立式離心鑄造時(shí)金屬液的良好充型性能可避免鑄件產(chǎn)生冷隔和皺皮,鑄型在旋轉(zhuǎn)時(shí)注入鋼水,它的澆注溫度和速度可適當(dāng)降低。2鑄造件的應(yīng)用2.1規(guī)范混凝土澆筑輸氣管道端面的法蘭圈尺寸如圖3示,鑄件材料為不銹鋼OCr18Ni12Mo2,法蘭圈經(jīng)固溶處理,加工和打磨后酸洗鈍化。法蘭圈重力鑄造時(shí)上平面放置四個(gè)腰圓冒口,另外在外圓放四個(gè)出氣小冒口,為避免冷隔和排除鋼液夾雜,保證法蘭圈酸洗后非加工面外觀質(zhì)量,采用底注,澆口面積之比為u03a2F直∶u03a2F橫∶u03a2F內(nèi)=1∶1.6∶3.2,澆注溫度控制上限。與此同時(shí),鑄型槽內(nèi)須敷設(shè)一定厚度鋯英砂來防止粘砂。利用原有木模和砂箱,將法蘭圈改成立式離心鑄造,取消了所有的冒口,簡(jiǎn)化了澆道,大大方便了操作,同時(shí)降低生產(chǎn)成本,工藝出品率比使用重力鑄造提高30%。法蘭圈水玻璃砂鑄型在柴油噴嘴烤烘干燥后,緊固在離心機(jī)托臺(tái)上,澆注后轉(zhuǎn)速逐步上升,澆口注滿后,轉(zhuǎn)速達(dá)到工藝規(guī)定最大值。鑄件冷卻后打箱,未發(fā)現(xiàn)冷隔,夾砂缺陷,最終酸洗后,鑄件無銹蝕疵點(diǎn),外表色澤均勻。2.2澆注口及冒口對(duì)鑄造工藝的要求25#碳鋼的卷筒鑄件尺寸如圖4所示,重力鑄造時(shí),在鑄件中間340mm軸孔上放200mm冒口一個(gè),在外圓和筋連接處放280mm冒口4個(gè),為保證它們垂直補(bǔ)縮,外圓800mm增大為900mm且在冒口下增設(shè)補(bǔ)貼,圖中剖面線為鑄件尺寸,陰影處為冒口補(bǔ)貼,這樣鑄件工藝出品率僅為52.3%。卷筒采用立式離心鑄造工藝后,取消了外圓4個(gè)冒口及它們的補(bǔ)貼,鑄件工藝出品率大幅度上升,見表1。離心鑄造40mm單根試棒經(jīng)920℃正火加工后,進(jìn)行拉伸試驗(yàn),結(jié)果見表2,和重力鑄造相比,屈服強(qiáng)度提高22%,斷面收縮率提高17%。3垂直離心制造的優(yōu)勢(shì)3.1立式離心鑄造試樣的腐蝕性能異型鑄件經(jīng)立式離心鑄造后,由于枝晶細(xì)化和枝晶間疏松得到最大限度填充,它的強(qiáng)度和塑性有了提高,且呈現(xiàn)出各向同性,對(duì)不銹鋼鑄件來說,其耐蝕性也相應(yīng)有了提高,將超低碳不銹鋼OOCr25Ni6Mo2N經(jīng)重力鑄造,離心鑄造和鍛造的3種試塊,在1150℃固溶后加工成試樣,按ASTM-A262C標(biāo)準(zhǔn)作腐蝕試驗(yàn),試樣放置在65%的HNO3沸騰液中,48h為一個(gè)周期,共進(jìn)行5個(gè)周期后分別測(cè)出它們的平均腐蝕率,見表3,立式離心鑄造試樣的腐蝕率接近于鍛造試樣的水平,由此可見,在腐蝕介質(zhì)中工作的葉輪、漿片、法蘭和缸體采用異型鑄件立式離心鑄造工藝生產(chǎn),有利于延長(zhǎng)它們的工作壽命。3.2鑄造一次合格率低高碳鋼、錳鋼的鏈輪、齒輪、輪盤和錐形筒體等鑄件往往在4周輪緣上放置若干個(gè)冒口和補(bǔ)貼,造成冒口切割清理繁瑣,此外,輪緣在凝固中各處溫差大,易引起收縮應(yīng)力,冒口根部凝固滯后,枝晶粗大,偏析和夾雜嚴(yán)重。所以該區(qū)域就成為鑄造缺陷常發(fā)部位,鑄件一次合格率低。但在異型鑄件立式離心鑄造中,鑄件輪緣上冒口全部取消,形成輪緣至輪轂(旋轉(zhuǎn)中心)的順序凝固,整個(gè)輪緣凝固趨于同步,避免了應(yīng)力和收縮裂紋等缺陷發(fā)生,鑄件一次合格率大大上升。該技術(shù)很適用于礦山、冶金、建材和工程機(jī)械行業(yè)中那些表面或外圓承受磨損的鑄件生產(chǎn)。3.3提高單鑄件系統(tǒng)的制作和成本下表列出4個(gè)鑄鋼件,在采用立式離心鑄造后,它們的鑄件工藝出品率從原來的60.8%提高到80%。以法蘭圈為例,每生產(chǎn)1t該鑄件,和重力鑄造相比,就可節(jié)約鋼水0.7t,若不銹鋼水每t成本為1.2萬元,那末生產(chǎn)10t不銹鋼法蘭圈,不計(jì)冒口切割清理成本的降低,單鑄件工藝出品率提高這一項(xiàng)就節(jié)約8.4萬元。異型鑄件立式離心鑄造工藝對(duì)高合金鋼鑄件生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益尤