吊架前段鑄件工藝設計及優(yōu)化

近期我公司承接了OEM來圖加工產(chǎn)品，吊架前端零件，要求材質(zhì)為高鉻鑄鐵，高鉻鑄鐵A05材質(zhì)耐磨性好，鑄造性能差，因此合理的鑄造工藝設計尤為重要。

一、鑄件簡介

該鑄件為吊架前段，質(zhì)量為52kg（<100kg）是小型鑄件。材料為A05，屬于高鉻白口鑄鐵。主要壁厚為20～30mm，最大壁厚為38mm，鑄件尺寸584×287×85mm。

其化學成分如下C：2.5～3.5%、Si：0.3～0.8%、Mn：0.5～1.0%、P<0.10、S<0.08、Cr：24～30%、Ni：1.0～2.0%、Cu：0.5～1.5%、Mo：1.0～2.0%。技術(shù)要求表面光滑平整，不能有砂眼、裂紋、縮孔等鑄造缺陷，硬度要求HRC 50～60。

二、鑄造工藝設計

2.1綜合分析該吊架前段鑄件，選擇用數(shù)值自硬砂鑄造，由于該鑄件為小型件，且大批量生產(chǎn)，所以采用機器造型。鑄件如圖所示。

2.2分型面選擇

為了起模方便，分型面的確定如下圖3.1所示：

2.3鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長度差除以模樣的長度的百分比表示：ε=×100%

其中ε—鑄造收縮率（%）； L1—模樣長度（mm）；L2—鑄件長度（mm）

查《鑄造工程師手冊》，以及結(jié)合我廠多年生產(chǎn)實踐得出受阻收縮率1.5，自由收縮率2.0。

2.4澆注系統(tǒng)設計

由于該吊架前段的材料是A05，屬于高鉻鑄鐵，所以選用轉(zhuǎn)包式澆注系統(tǒng)，又因為是小型件，采用中間注入式，澆注過程平穩(wěn)，有利于鑄件順序凝固。

澆注系統(tǒng)各部分斷面積的比例關(guān)系如下：

ΣF內(nèi)：ΣF橫：ΣF直=1：（0.8～0.9）：（1.1～1.2）取上限1：0.9：1.2

得： ΣF內(nèi) =3.0 ΣF橫=2.7 ΣF直=3.6

設計兩個內(nèi)澆道，內(nèi)澆口：h≈0.5ɑ，澆口杯：選用漏斗形

所以確定，直澆道高度為75mm，橫澆道長度為246mm，內(nèi)澆道長度為20mm。

2.5冒口設計

采用模數(shù)法 M=V/A（cm）

M-模數(shù)（cm） V-體積（cm3） A-傳熱表面積

V=664.2cm3 A=539.37cm2 M=1.23cm

對于用冒口模數(shù)MR=Fm=1.2M=1.48cm

為了保證有足夠的補縮金屬液，必須依據(jù)冒口補縮區(qū)域的鑄件的體積決定冒口的最小體積，冒口體積必須大于鑄件體收縮率和冒口收縮率之和。

查《鑄造工程師手冊》選用圓柱形明頂冒口

冒口尺寸：D=（1.2～3.5）T=1.5T=57mm㎜

H （1.2～2.5）D=1.3D=75mm㎜

d （0.8～1.2）T=0.8T=30mm㎜

h=（0.3～0.35）D=0.3D=17mm

2.6冷鐵設計

分析鑄件整體結(jié)構(gòu)，通過Castsoft/CAE模擬結(jié)果，該鑄件要加四種共六塊冷鐵。其中外冷鐵的壁厚一般為鑄件壁厚的0.6～0.8倍，取0.8。

其中兩種冷鐵共四塊置于四個凸臺側(cè)面，另外的兩塊冷鐵置于鑄件前端的厚大部位。

2.7澆注溫度和澆注速度

此鑄件結(jié)構(gòu)復雜，壁厚不大，所以采用高溫澆注，但是高鉻鑄鐵A05材質(zhì)溫度過高造成材質(zhì)晶粒粗大，容易開裂，合理的澆注溫度尤為重要，根據(jù)我廠多年的現(xiàn)場經(jīng)驗，確定澆注溫度為：1420～1450℃，澆注速度為：20～30秒。

其余工藝參數(shù)查詢鑄造手冊選取。

三、優(yōu)化設計

采用PRO/E畫出鑄件的三維鑄造工藝圖，采用castsoft軟件對我們設計的工藝進行進行縮孔、縮松模擬。

模擬結(jié)果如圖所示

從模擬途中看出，鑄件上沒有任何缺陷，所以我們設計的工藝是可行的。

四、生產(chǎn)過程

4.1造型、制芯

采用樹脂砂自動造型機進行造型，樹脂加入量1.0%，保證砂型強度不低于1.0Mpa，造型時保證砂型的緊實度，澆冒口系統(tǒng)部位要重點緊實，上箱間隔100mm扎氣眼。

4.2涂料和涂刷過程

采用醇基鋯英粉涂料。涂刷前修磨砂型和砂芯，涂刷保證光滑，無劃痕，涂料厚度在0.5～1.0mm之間。刷完后打磨光滑，并將鑄型置于天然氣烘干窯內(nèi)200℃烘干3小時以上。

4.3合箱

下芯后應檢驗上下箱是否對齊。合箱后應上好螺栓緊固，澆冒口處用鐵片蓋好，兩個小時之內(nèi)澆注。

4.4熔煉與澆注

熔煉采用1.5T中頻爐，成分采用光譜儀測定，控制成分在合理的范圍內(nèi)，控制熔煉出爐溫度在1500～1520℃之間。澆包采用搖包澆注，澆注前需要燙包。澆注前測溫，確保溫度控制在1360～1450℃，采用低溫快澆的方法，保證鐵水在20～30秒內(nèi)澆注完畢。每包澆注8件，剩下鐵水回爐升高溫度后再澆注，澆注過程中注意引氣。

4.5鑄件壓箱

高鉻鑄鐵熱裂傾向比較大，鑄件屬于小型鑄件，確定壓箱時間為24小時，打箱是鑄件溫度在200℃一下即可。

4.6清理

高鉻鑄鐵A05屬于脆性材質(zhì)，清理工序尤為重要，采用大錘敲打澆冒口致其脫落，不能錘打到鑄件上面，清理冒口根部的冒口頸時不能連續(xù)作業(yè)，每磨5分鐘后需要待鑄件冷卻后再打磨。

4.7熱處理

由于客戶要求材質(zhì)硬度為50～60HRC，A05材質(zhì)鑄態(tài)硬度一般為40HRC左右，需要對鑄件進行淬火熱處理，加熱到960～1050℃，保溫4小時出爐空冷即可。

四、總結(jié)

我們公司是專業(yè)生產(chǎn)高鉻鑄鐵材質(zhì)鑄件的廠家，對高鉻鑄鐵工藝研究比較成熟，本文通過對吊架前段鑄件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)需求進行了專門的鑄造工藝設計，并采用計算機進行了模擬，對各工序進行了優(yōu)化控制。按照此工藝生產(chǎn)此鑄件幾百件，僅出現(xiàn)兩件廢品，對鑄件采用超聲探傷，沒有發(fā)現(xiàn)縮孔縮松等鑄造缺陷，證明我們的工藝設計和優(yōu)化是正確的。

參考文獻

[1]《鑄造手冊》第五卷，鑄造工藝分冊，機械工業(yè)出版社，1994：205