铸造工艺过程设计的关键点

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：四、浇注系统1.浇注系统的主要设计要求根据大型床身的结构特征，浇注系统的设计应满足以下主要基本要求：1）大型床身重要的厚壁大平面均处于铸型底部，多组较复杂的大型筋板砂芯均组装于上半铸型中。

一、浇注位置及分型面

根据床身的结构特征及主要技术要求，为首先确保重要的工作大平面的质量，避免产生任何铸造缺陷及便于浇注时诸多砂芯内大量气体的顺利排出，应采用将大平面朝下的水平浇注位置。并将整个铸件均置于下型中，仅设一个分型面，如图10-6所示。

二、主要工艺参数

（1）铸造线收缩率 0.8%。

（2）加工量底面的加工量为11mm，侧面的加工量为12mm，上面的加工量为20mm。

（3）反变形量因床身较高，加强筋板的设置形式合理及数量较多，具有足够的刚度，可使铸件的变形量减小，故设置反变形量为8mm。

三、铸型

1.铸型种类

在大型床身的生产过程中，铸型要承受翻转及浇注时的很大浮力作用等，要求铸型具有足够的强度及刚度等，所以均采用干型。

根据工厂的具体生产条件，中小型床身也可采用表干型铸造，小型床身可采用湿型铸造。

2.造型材料

大型床身的造型材料目前大都采用冷硬呋喃树脂砂，它可使铸型具有较高的强度、刚度、透气性及退让性等。对于设置加强筋板数量较多的、内腔结构较复杂的大型床身，尤须注意铸型的退让性，避免因严重阻碍收缩而产生较大的铸造残留应力，导致铸件变形或产生裂纹等缺陷。

造型材料的选用与生产方法及批量等有关，同时要根据工厂的具体生产条件确定。如选用粘土砂等，应选用合适的原砂材料及其配比，以达到所需性能要求。

3.造型方法

大型床身的造型方法要根据其结构形式、生产批量及工厂的具体生产条件等因素确定。如果属定型、批量生产品种，一般选用机器型板造型。

另外，还可选用组芯造型方法，整个铸型全用砂芯组装而成。这样可以节省制作大型实体模样的费用及部分大型工装等，并可简化造型工序。为严格控制砂芯的组装尺寸精度，须有一套尺寸检测工具及正确的检测方法，可参阅第1章中1.1.4的相关内容。

四、浇注系统

1.浇注系统的主要设计要求

根据大型床身的结构特征，浇注系统的设计应满足以下主要基本要求：

1）大型床身重要的厚壁大平面均处于铸型底部，多组较复杂的大型筋板砂芯均组装于上半铸型中。铁液在铸型中均匀、平稳、连续地上升，防止产生砂孔、夹杂及冷隔等铸造缺陷。

2）大型床身各部位的壁厚差别大，由于温度不均，冷却速度很不一致，将产生较大的铸造残留内应力，导致床身变形、挠曲等缺陷。为使各部位的温度均匀、冷却速度趋于一致，铁液应从床身的薄壁部位引入。内浇道的设置应分散、多方位，使铁液的流经距离最短。对于设有导轨的大型床身，铁液的引入应使导轨长度方向的温差尽量小，以减小硬度差，使其具有较均匀的耐磨性。

3）在浇注过程中，熔于铁液中的杂质会不断析出，还会产生氧化物等。要求浇注系统具有很强的挡渣能力，如须采用封闭式浇注系统等，以防止杂物流入型内，产生夹杂等缺陷。

2.浇注系统的主要形式

根据对浇注系统设置的主要基本要求及大型床身的结构特征，浇注系统有以下两种主要形式。

（1）底注式或阶梯式浇注系统对于高度较小的大型床身，采用内浇道设置在铸型底部的底注式浇注系统，铁液由两端同时注入，平稳上升而充满型腔。对于高度较大的大型床身，则可采用由两端同时浇注的阶梯式浇注系统，如图10-6所示。两端的底层、上层各设6道φ35mm的内浇道，开始时铁液由底层内浇道引入，当上升至一定高度后，则由上层内浇道引入。这样可提高铸型上部薄壁部位的铁液温度，缩小温度及冷却速度的差别，有利于减少铸造内应力及减小铸件的变形程度。

总长度超过3500mm的大型床身，一般采用两端同时进行浇注的方式，以免铁液因过多地从一端注入，而引起局部过热、温差增大及冲砂起皮等问题。

（2）顶注式浇注系统根据床身的具体结构特征，还可采用顶注式浇注系统，即将内浇道设置在上部分型面上或将圆形内浇道设置在侧壁上方。采用顶注式浇注系统有利于缩小各部位的温度差。

五、导轨质量控制

导轨的耐磨性是影响机床加工精度的高低及稳定性的重要因素之一，是判断带有导轨床身的铸造质量关键的所在。导轨的耐磨性主要取决于金属基体结晶组织的结构及石墨特征，应着重控制以下方面。

1.选择合适的化学成分

影响灰铸铁金相组织的最主要因素是化学成分和冷却速度。选择合适的化学成分是提高导轨耐磨性能的最根本途径。应根据床身的结构特征选择合适的化学成分，添加少量合金元素，可参考表10-2。

选定合适的化学成分后，在熔炼过程中须注意以下几点：

（1）改变炉料组成选择合适的金属炉料及其配比。如可适当增加废钢加入量等，以提高力学性能。

（2）适度提高铁液的过热程度在一定的温度范围内，适度提高铁液的过热程度，可减少铁液中的杂质含量，提高纯净度；并可使石墨细化、基体组织致密，有利于提高力学性能等。电炉中的熔炼温度为1500～1520℃，冲天炉的出炉温度为1420～1480℃。

（3）孕育处理为获得预期的孕育效果，须严格控制孕育剂的品种、粒度、孕育量，孕育方法，铁液温度及孕育后的停留时间等。如可选用抗衰退能力强的优质孕育剂进行炉前及随流瞬时孕育处理等。

2.适当加快冷却速度

在导轨面上设置合适的外冷铁，适当加快冷却速度，可细化基体组织，增加珠光体量及改善石墨形态等，是提高铸铁力学性能及耐磨性等的有效方法。

为获得应用冷铁的预期效果，须对冷铁进行合理的设计，选用合适的材质、正确的使用方法及严格的管理措施等。石墨冷铁的使用效果最好；铸铁材质的冷铁，在每次使用前要进行抛丸除锈、挂防锈涂层处理及浇注前的预热等，每块铸铁冷铁的重复使用次数一般不宜超过10次，以防产生气孔。

在导轨面上设置外冷铁，虽可选用较低牌号的灰铸铁，以节省少量合金元素，但为了获得较好的质量，所需冷铁的数量很多，而重复使用次数则不能过多，这给造型操作和生产管理增加了不少困难。故在批量生产中，低牌号灰铸铁冷铁的应用受到了限制，仅在个别单件生产中有所应用。

3.避免铸造缺陷

在铸造工艺设计中，要首先确保导轨面上不产生任何铸造缺陷。从浇注系统设置到浇注温度控制等，应尽量缩小导轨自身在长度方向及导轨与其他部位之间的温度差，保持较均匀一致的冷却速度，以减小变形。

六、浇注温度

根据大型床身的结构特征确定合适的浇注温度。浇注温度过低，容易产生气孔、夹杂及冷隔等铸造缺陷；浇注温度过高，则会增加液态收缩量等。在保证不产生上述缺陷的前提下，宜选取较低的浇注温度，一般为1300～1320℃。

铸造工艺过程设计的关键点

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