均衡凝固工藝在壓力機(jī)飛輪鑄造上的應(yīng)用

張懷敏 楊東明

(遼陽鍛壓機(jī)床股份有限公司，遼寧111000)

在鑄造界曾經(jīng)普遍認(rèn)為鑄件的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)符合同時(shí)凝固和順序凝固的原則，為了防止鑄件產(chǎn)生縮松應(yīng)在鑄件的熱節(jié)處增加補(bǔ)縮冒口。而且模數(shù)必須大于鑄件的熱節(jié)圓尺寸，使冒口晚于鑄件熱節(jié)凝固，從而保證鑄件得到很好的補(bǔ)縮。我們的早期工藝就是依據(jù)此原則設(shè)計(jì)的，在生產(chǎn)實(shí)踐中廢品率較高，很難得到推廣應(yīng)用。

根據(jù)近年來逐漸興起的均衡凝固的理論，灰鑄鐵件不應(yīng)在熱節(jié)處設(shè)計(jì)放大冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。鑄件本身有自補(bǔ)縮作用，鑄件在凝固過程中僅需有限補(bǔ)縮就能滿足鑄造的要求。均衡凝固及自補(bǔ)縮對某類鑄件而言還可以實(shí)現(xiàn)無冒口鑄造，依據(jù)這一原則而設(shè)計(jì)的飛輪鑄造工藝，在生產(chǎn)中取得了良好效果。

圖1 飛輪結(jié)構(gòu)Figure 1 The structure of flywheel

1 飛輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

飛輪材質(zhì)為HT200，重約90 kg，屬于厚壁鑄鐵件，最大直徑?484 mm，最大壁厚94.5 mm，最小壁厚27 mm，熱節(jié)圓直徑80 mm，熱節(jié)處在輪緣，見圖1。

2 原始工藝及其問題

圖2所示為該飛輪原始鑄造工藝。為保證鑄件完好、致密，鑄件輪緣處設(shè)計(jì)了2個(gè)直徑為?100 mm的邊冒口用以對熱節(jié)進(jìn)行補(bǔ)縮。為了增強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮效果，還將內(nèi)澆口與冒口頸進(jìn)行了重合處理。鐵水直接由冒口頸進(jìn)入鑄型，實(shí)際生產(chǎn)中由于冒口頸縮松縮孔嚴(yán)重，鑄件廢品率極高。

我們當(dāng)初粗淺地認(rèn)為廢品率高的癥結(jié)在于邊冒口補(bǔ)縮能力差造成了大量縮孔、縮松，因此我們曾經(jīng)改進(jìn)工藝如圖 3所示。將冒口擴(kuò)大到?110 mm，鑄件整體被放入下箱，并把原側(cè)冒口改成壓邊冒口，用以提高鑄件的補(bǔ)縮能力。該方法在實(shí)踐中并未收到滿意效果，在冒口壓縫處仍有大量縮孔、縮松，廢品率依然很高。

圖2 飛輪原始鑄造工藝Figure 2 Original casting processes of flywheel

圖3 飛輪前期改進(jìn)鑄造工藝Figure 3 Early improved casting processes of flywheel

圖4 飛輪新鑄造工藝Figure 4 New casting processes of flywheel

3 原始工藝失敗原因分析

我們分析鑄造失敗的主要原因在于以下幾方面：

(1)該飛輪是厚大件，原工藝用兩個(gè)較小內(nèi)澆口進(jìn)鐵水，使熱量過于集中，大量高溫鐵水使內(nèi)澆口附近局部嚴(yán)重過熱，該部位的凝固時(shí)間因此被大大延長。

(2)原工藝按照傳統(tǒng)補(bǔ)縮觀點(diǎn)，在輪緣處(熱節(jié)處)設(shè)置兩個(gè)大冒口，使鑄件產(chǎn)生接觸熱節(jié)。

(3)冒口頸、內(nèi)澆口和熱節(jié)三者的重合及重疊使該熱節(jié)部位的局部過熱更為嚴(yán)重，熱量擴(kuò)散更為困難。

原工藝由于在內(nèi)澆口附近形成嚴(yán)重的局部過熱，冒口又不能在凝固后期對該處進(jìn)行補(bǔ)縮，導(dǎo)致在該處形成縮孔、縮松等缺陷。

4 新工藝及其優(yōu)點(diǎn)

圖4為依據(jù)均衡凝固理論設(shè)計(jì)的該鑄件新工藝。該工藝的特點(diǎn)在于取消了兩個(gè)大冒口，采用若干個(gè)三角形內(nèi)澆口分散進(jìn)鐵水，以此消除局部過熱現(xiàn)象，鑄件的補(bǔ)縮由澆注系統(tǒng)完成。同時(shí)注意增加砂型的表面強(qiáng)度，提高鑄件的自補(bǔ)縮能力，使鑄件能較好完成均衡凝固。這個(gè)工藝投產(chǎn)后，取得了良好效果，廢品率下降了三分之一。盡管如此，廢品率依舊較高，頂平面縮凹現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

在此基礎(chǔ)上，我們又將內(nèi)澆道長度由20 mm縮短到10 mm，以更好提高澆注系統(tǒng)的補(bǔ)縮能力，改進(jìn)后取得了滿意效果。生產(chǎn)實(shí)踐證明，改進(jìn)后的工藝使飛輪鑄件的廢品率一直保持在5%以下，縮松、縮凹類缺陷也基本消失，工藝出品率由原來的60%提高到90%，而且此工藝應(yīng)用于其它種類飛輪和圓盤狀鑄件也取得了滿意的效果。

5 結(jié)論

5.1 中小型飛輪及類似的灰鑄鐵件，不宜采用熱節(jié)處開設(shè)大冒口補(bǔ)縮的工藝，否則在冒口根部或內(nèi)澆口附近易形成縮松等缺陷。

5.2 中小型飛輪及類似的灰鑄鐵件完全可以采用均衡凝固的方法實(shí)現(xiàn)無冒口鑄造，采用此鑄造工藝后可大大提高工藝出品率，降低鑄件廢品率。

5.3 工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

(1)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮鑄件的液態(tài)補(bǔ)縮，直、橫、內(nèi)澆道不宜過矮過小，內(nèi)澆口不宜離鑄件過遠(yuǎn)，否則易造成缺陷，一般控制在10 mm～15 mm的間距；

(2)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用多道內(nèi)澆口、分散進(jìn)鐵水的工藝，特別是對于厚大件，可防止在內(nèi)澆口附近形成局部過熱而產(chǎn)生縮松；

(3)鑄型應(yīng)當(dāng)保持一定剛度。