轉(zhuǎn)向支架樹脂砂鑄造工藝分析

黃永強(qiáng)，蘆陸平，李來明

（山西華德冶鑄有限公司山西臨汾 041000）

轉(zhuǎn)向支架是工程機(jī)械主要部件，安裝于抓斗、鑿巖機(jī)伸長臂上，采用活動(dòng)鉸支座與油缸連接。該鑄件材質(zhì)要求QT450-10，鑄件重量153 kg，輪廓尺寸625 mm×614 mm×499 mm，平均壁厚48 mm.要求切片著色檢查縮松小于3級，附鑄試塊抗拉強(qiáng)度大于450 MPa，延伸率大于10%，鑄件公差等級CT10，鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)向支架三維立體圖

1 轉(zhuǎn)向支架樹脂砂鑄造工藝設(shè)計(jì)

1.1 鑄件工藝方案選擇

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)實(shí)踐，分析該產(chǎn)品適合樹脂砂分開模造型[1]。澆注工藝采用如圖2所示中間注入和爬芯頂注兩種工藝。

針對縮松缺陷在相應(yīng)的部位采用了外冷鐵工藝；兩種工藝方案比較，中注式鑄件工藝出品76.6%，爬式鑄件工藝出品率84.6%.

1.2 澆注系統(tǒng)參數(shù)選擇

通過查閱工藝書籍[2]和經(jīng)驗(yàn)分析，設(shè)定中注式澆注系統(tǒng)截面比為：=1.22∶2.34∶1∶0.85，其中截面尺寸為14.8 cm2.頂注式澆注系統(tǒng)截面比為：=1.22∶2.5∶1∶0.9，其中截面積為：18 cm216.2 cm2.

爬芯頂注澆注系統(tǒng)每一部分截面積都比中注式澆注系統(tǒng)截面大，澆注溫度為1 370℃～1 400℃，澆注時(shí)間為18 s±3 s.

1.3 冒口設(shè)計(jì)

中注式采用兩個(gè)熱冒口，兩個(gè)冷冒口。頂注式采用兩個(gè)熱冒口。設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 鑄件補(bǔ)縮設(shè)計(jì)參數(shù)

依據(jù)鑄鐵手冊資料選取參數(shù)[3]，確定冒口尺寸為φ110mm×165mm，冒口頸尺寸為：中注式80 mm×10 mm，爬芯頂注式90 mm×10 mm.

2 澆注過程控制

將兩種工藝方案進(jìn)行鑄造過程模擬并對比分析，確定最佳工藝方案。

2.1 中注式鑄造工藝過程模擬

中注式鑄造工藝澆注過程、凝固過程模擬結(jié)果見圖3a）和b）.圖3 a）為鐵液進(jìn)入型腔即將充滿，圖3 b）可以看出鑄件上白色形狀不規(guī)則部分是最后凝固部位，在鑄件完全凝固后有形成縮松的機(jī)會。

2.2 爬芯頂注式鑄造工藝過程模擬

爬芯頂注式鑄造工藝鑄件澆注過程、凝固過程模擬見圖4a）和b）.從圖4b）可以看出鑄件上白色形狀不規(guī)則部分是最后凝固部位，在鑄件完全凝固后有形成縮松的機(jī)會。

圖2 鑄造工藝圖

圖3 中注式鑄造工藝過程模擬

2.3 兩種工藝方案模擬結(jié)果比較

從圖3、圖4比較可以看出，兩種工藝方案模擬澆注凝固過程，都有形成縮孔縮松的可能，而且產(chǎn)生縮孔、縮松的位置接近。進(jìn)行孔隙率分析，分析的部分結(jié)果見圖5，可以看出縮孔縮松位置和凝固過程模擬結(jié)果吻合。隨后，工藝上在易出現(xiàn)縮孔縮松的位置增加了外冷鐵，如圖2所示，加冷鐵后經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐基本解決了縮松缺陷。

對兩種工藝得到的鑄件進(jìn)行尺寸掃描分析，表面質(zhì)量完全能夠滿足客戶要求，鑄件尺寸公差等級達(dá)到CT10級。鑄件尺寸掃描結(jié)果見圖6.

圖4 爬芯頂注式鑄造工藝過程模擬

圖5 縮松分析結(jié)果

圖6 鑄件尺寸掃描分析

3 鑄件缺陷與成本分析

3.1 中注式澆注系統(tǒng)澆注后的鑄件缺陷與成本分析

經(jīng)中注式澆注系統(tǒng)澆注后的鑄件，雖然表面質(zhì)量完全能夠滿足客戶要求，鑄件尺寸公差等級達(dá)到CT10級，但是鑄件冒口數(shù)增加了兩個(gè)，一方面增加了清產(chǎn)打磨工作量，同時(shí)也降低了鑄件工藝出品率，增加了鑄件成本。除此之外，鑄件完全凝固后對鑄件切片著色檢查，發(fā)現(xiàn)局部仍有超過3級的縮松，見圖7.

3.2 爬芯頂注式澆注系統(tǒng)澆注后的鑄件缺陷與成本分析

經(jīng)爬芯頂注式澆注系統(tǒng)澆注后的鑄件，表面質(zhì)量與中注式澆注系統(tǒng)澆注的鑄件沒有太大差別，而且擋渣效果好，批量生產(chǎn)鑄件質(zhì)量特別穩(wěn)定，鑄件成品率能夠達(dá)到93.2%.另外，采用該工藝比中注式工藝冒口數(shù)減少了兩個(gè)，一方面減少了清產(chǎn)打磨工作量，另一方面鑄件工藝出品率提高了8%，達(dá)到84.6%，減少了鑄件成本。除此之外，經(jīng)對鑄件切片著色檢查，沒有發(fā)現(xiàn)有超過3級的縮松缺陷，解剖PT報(bào)告如表2所示。

表2 爬芯頂注式澆注系統(tǒng)澆注后的鑄件解剖PT報(bào)告

圖7 鑄件解剖切片著色檢查

4 結(jié) 論

對于轉(zhuǎn)向支架鑄件樹脂砂工藝，采用爬芯頂注式澆注系統(tǒng)優(yōu)于中注式澆注系統(tǒng)，產(chǎn)品表面質(zhì)量穩(wěn)定、工藝出品率高，鑄件成本低；且爬芯頂注式澆注系統(tǒng)靠邊熱冒口工藝，鑄件順序凝固，冒口作用范圍增大，能夠減少內(nèi)部缺陷。研究結(jié)果對轉(zhuǎn)向支架類鑄件有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 陳家能，陳華江.樹脂砂鑄造法的工藝應(yīng)用實(shí)踐與研究［J］.鑄造技術(shù)，2007，28（5）：602-605.

［2］ 李晨希.鑄造工藝設(shè)計(jì)與鑄件缺陷控制［M］.北京：化學(xué)工藝出版社，2009，4.

［3］ 鑄鐵手冊編寫組.鑄鐵手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1979.