介 绍了工程用轴承壳的铸件结构及技术要求,详细阐述了工艺开发过程中的工艺方案,利 用 MAGMA数值模拟软件对方案进行验证,确定工艺方案。进行生产试制,对铸件全身进行尺寸、UT检测,均未发现缺陷。关键词 :球墨铸铁;轴承壳;冒口铸造;工艺开发 中图分类号: TG24 文献标识码: B工程用轴承壳是发动机的关键配件,材料牌号为 QT400 -18,铸件轮廓尺寸为 610 nun x 610 mm x 235 mm,铸件结构如图1所示。铸件技术要求:抗拉强度 不小于400 MPa ,屈服强度不小于250 MPa ,断后延长 率 18%,布氏硬度为130 ~ 180 HBn]。金相组织要 求:主要基体组织为铁素体,球化率不小于70%。铸 件全身需通过 UT检测。此轴承壳的铸造工艺开发 难点为:中间法兰处为多处加工,加工后外表面不能 出现缺陷。但中间法兰的上下补缩通道皆狭窄,中间 法兰处厚大,补缩困难,铸件断面结构如图2 所示。 且上表面大法兰处为重要使用面,不能出现气孔、针 眼、缩松等问题。且铸件高度方向有6 个需加工的螺 栓孔,孔内为重要力承受面,不能出现缩松,但由于上 表面放置冒口方便且大法兰向上更易放置冒口,所以 螺栓柱处补缩困难。图 1 铸件结构图1 铸造工艺方案1.1 方案分析该铸件属于薄壁类球墨铸铁件,最小壁厚为8收 稿 曰 期 :2018 -09 -20作 者 简 介 :陈 瑶 (1995 - ) , 女 ,工 程 师 ,本 科 。图2 铸件断面结构图mm,且总体被两个薄壁处分为3 段。球墨铸铁的凝 固模式属于糊状凝固,凝固时析出石墨,有可能起到 自补缩作用,但球墨铸铁液态收缩大,凝固过程中固 体外壳较薄弱,二次膨胀时,在石墨化膨胀力作用下 使外壳膨胀,使内部压力松弛,若补缩量不足或冒口 颈模数设计不当,则容易在铸件热节处形成缩孔和 缩松。对铸件进行裸模,铸件上部需开退刀槽处与 中间大法兰加工钻孔处均出现大量缩松。上部退刀 槽处模数为1.4 cm,中间法兰处模数为2. 4 cm,其 余部分平均模数为1.2 cm。根据铸件结构、裸模结果及技术要求,采用平做 平浇的工艺方案,为了防止中间法兰产生缩松,设计 的工艺方案为:薄壁处增加补贴以增大补缩通道,防 止中间法兰产生缩松,为防止中间厚大部位出现缩 松,在中间放置冷铁,将缺陷向上挤压;在铸件底部 放置冷铁是为了保证6 个螺栓孔中不产生缩松。所 有的冒口及冷铁的设置,使铸件整体凝固过程实现 了由下到上顺序凝固,工艺设计方案如图3 所示。 在工艺设计时,采用了两种冒口方案。方 案 1:使用 3 个模数为2.0 cm的砂冒口进行补缩,砂冒口尺寸 为杏117 mmxl 40 mm,导致工艺出品率为5 7 % ,且 此砂冒口模数只有2.0 cm,此时的模拟结果为:中 间法兰处的缩松缺陷并未完全消除,且上部大法兰21冷热工艺 机车车辆工艺第3期2020年6 月处也有少量小缺陷,而再加大砂冒口的模数会导致 工艺出品率极低。方案2:同时使用2 个保温冒口 和 1个鸭嘴冒口进行补缩。保温冒口是使用低导热 材料制作的冒口,与相同大小尺寸的砂冒口相比,补 缩效果更好、模数更高。此方案所用保温冒口,尺寸 为 办 117 mm x 130 mm,与所用砂冒口尺寸相同,但 保温冒口模数可达到3.9 cm,补缩效果比普通砂冒 口好一倍。图3 铸件工艺图1 . 2 计算机模拟验证经计算,铸件整体模数约为1.9 cm,因此,工艺设 计方案1采用3 个自制砂冒口,冒口模数为2.0 cm。 工艺设计方案2 采用12/15型专用保温冒口,冒口几 何模数为3.9 cm,采用 MAGMA数值模拟软件进行模 拟,方案1 的模拟结果为:在中间大法兰与顶部大法 兰中间出现较大缩松。方案2 的模拟结果:使用冒口 和补贴及冷铁使中间法兰及顶部退刀槽处的缩松均 已消除,铸件在非重要加工面处有轻微缩孔、缩松缺 陷,且放置冷铁后,将螺栓柱处的缺陷挤压到了非加 工处,但不影响铸件整体质量。铸造过程中,模数最 大的地方为冒口内部,且由铸造过程模数图可见:使 用保温冒口和冷铁的方式使铸件达到了由下到上顺 序凝固。所以方案2 的结果更好。1.3 确定工艺方案通过对2 种工艺方案的各项参数进行比较(见 表 1),决定采用第2 套工艺方案,薄壁处增加补贴 以增大补缩通道,防止中间法兰产生缩松,同时使用 2 个保温冒口、1 个鸭嘴冒口进行补缩,这样可以保 证铸件补缩效果,节省铁液用量,增大铸件工艺出 品率。2 生产验证采用3 D 打印技术打印砂型,实现无模具生产。表 1 工艺方案对比方案 铸铁件 浇注铁液 冒口质 浇注系统 工艺出编号 质量 /kg 质量 /kg 量 /kg 质量 /kg 品率%方 案 1 140 243 60 47 57方 案 2 140 217 30 47 64涂刷涂料后烘干,按照砂型设计的定位进行合箱,使 用专用螺杆紧固,安放浇口杯和冒口,并对浇口盆和 冒口进行固定和密封。浇注温度为1 350丈,浇铸 时间为15 s。按照要求控制铁液化学成分,保证产 品的力学性能要求。目前是产品试制阶段,共生产5 件铸件,5 件铸 件均符合技术要求,其中一件冒口底部根缩,可以加 工除去,故认证合格,但加工后表面出现夹渣,影响 使用,故报废一件。试制件的产品合格率为80%。 部分铸件的金相组织及力学性能如表2 所示。对铸 件全身进行尺寸及 UT检测,均未发现缺陷。表 2 性能检测铸件编号抗拉强 度 /MPa屈服强 度 /MPa 伸长率/%珠光体体积分数/% 硬度 /HB#1 441 293 22.5 15 158#2 433 302 21.5 15 153由于5 件铸件中有1件出现了冒口根部有根缩 的现象,为了避免此后出现相同缺陷引起铸件报废, 对工艺进行改进。工艺初次设计时,为了保证砂芯适应砂箱大小, 铸件周围吃砂量只留有70 mm,铸件可能出现涨箱 导致铁水不够补缩。现将吃砂量增加到 l〇〇 mm,减 小横浇道到铸件的距离再次进行生产试制。改进后生产10件产品,经过尺寸检测与 UT检 测,铸件尺寸合格、外观质量良好、 UT探伤无缺陷。 改进后铸件合格率达】〇〇%。3 结束语通过合理的工艺设计,采用先进的模拟软件,使 用保温冒口以及3 D 打印技术,提高了铸件的出品 率,降低了产品的报废率,提高了产品的一次开发成功率。参考文献:[ 1 ] 中国机械工程学会铸造分会.铸造手册铸造工艺[ M].北 京 :机 械工业出版社,2011. ■(编辑:李 丹 )22