基于均衡凝固收缩模数法的轮形铸铁件上排涝系统设计

基于均衡凝固收缩模数法的轮形铸铁件上排涝系统设计

车轮铸造件由车轮边缘、车轮和车轮辐射组成。材料和加工要求很高。加工表面不允许存在混合、多孔、收缩孔、缩松等制造缺陷。生产中常采用侧边冒口、压边浇冒口、环形引入和溢流补缩冒口、雨淋浇注系统等工艺方案。上雨淋式浇注系统,金属液由铸件顶部的雨淋孔分散成多股细流进入型腔,对型腔冲击力小,液面活跃,有利于气体、熔渣的上浮;分散引入,保持铸件结构的均匀性,不会产生集中引人带来的热节效应;形成自上而下的凝固顺序和上高温下低温的补缩优势。传统的雨淋浇注系统的设计多是根据铸件重量从保证浇注时间角度确定内浇道(雨淋孔)的总截面积,根据经验确定雨淋孔的直径和个数,最后通过验算铁液在型腔中的上升速度来设计,不考虑雨淋浇注系统的补缩问题,对轮形铸件的补缩一般是将铸件加高或另设冒口来解决。本文以BA36050皮带轮为例,用均衡凝固收缩模数法设计雨淋浇注系统的直浇道、横浇道、内浇道(雨淋孔),让雨淋浇注系统在具有充填作用的同时,又具有补缩作用,铸件不再另设补缩冒口,提供一种浇口兼作冒口的设计方法。1高温下铁液凝固时间的确定把浇注系统看作是补缩系统,浇口盆,直浇道和横浇道看作是冒口体,浇口盆提供补缩液源,直浇道、横浇道既是冒口的一部分,又是补缩通道,内浇道看作是冒口颈。浇注系统中铁液是最后浇入的,其温度高于型腔,同时浇口杯位置较铸件高,提供补缩压力。高温铁液从浇注一开始直到浇注结束,都是由浇注系统流入型腔的。直浇道、横浇道和内浇道型壁受高温热传导而升温,产生流通效应,使其凝固时间延长。浇注系统补缩和冒口补缩的最大区别在于浇注系统在浇注和补缩过程中有强烈的流通效应存在,这就是有着较小几何模数的浇注系统各单元能够对较大模数的铸件进行补缩的原因。只要浇注系统的直浇道、横浇道、内浇道在考虑了流通效应之后的实际模数不小于铸件的收缩模数,补缩就是充分和可靠的。2556050皮带轮技术和收缩设计2.1u2004铸件的测量材质:HT250,树脂砂型,浇注温度1330~1360℃,铸件重G=920kg,铸件加工后进行静平衡试验。铸件尺寸及工艺方案见图1。2.2收缩时间分数pc计算结果:M轮毂=3.6cmM轮辐=2.6cmM轮缘=3.1cm铸件模数取3者的最大值,M件=M轮毂=3.6cm质量周界商Qm=G/M件3=19.7(kg/cm3);收缩时间分数Pc=1.0e(0.5M件+0.01Qm)=0.137Ρc=1.0e(0.5Μ件+0.01Qm)=0.137;收缩模数系数f2=Pc−−−√=0.37f2=Ρc=0.37;铸件收缩模数Ms=f2M件=1.33cm2.3采用收缩模数法计算了各雨水池的尺寸(1)冒口压力系数式中f1——冒口平衡系数,考虑到补缩时浇口盆对直浇道铁液的补充,取f1=1.0;f3——冒口压力系数,考虑到直浇道压头的持续存在,取f3=1.0;f直流——直浇道流通效应系数,取f直流=0.75。M直=1.0×0.37×1.0×0.75×3.6=1.0(cm)直浇道直径D直=5M直=ø50(mm)∑A直=19.6cm2(2)横浇道流通效应系数法式中f1——冒口平衡系数,横浇道一般不产生体积亏损,取f1=1.0;f3——冒口压力系数,取f3=1.0;f横流——横浇道流通效应系数,取f横流=0.8。M横=1.0×0.37×1.0×0.8×3.6=1.06(cm)取横浇道为梯形:50mm/60mm×55mm∑A横=60.5cm2,M横几何=1.37cmM横几何>M横计算,裕量为1.37/1.06=1.29(3)降雨孔设计式中fP——冒口颈流通效应系数,取fP=0.45;f4——冒口颈长度系数,取f4=0.8;M内=0.45×0.37×0.8×3.6=0.48(cm)。内浇道(雨淋孔)为圆形,一端与横浇道相连,一端与铸件相通。直径D内=4M内=ø20(mm),∑A内=15.7cm2,共设5个雨淋孔,由陶瓷管予埋形成。雨淋孔长度L,一般取L=(2-3)D内,本例取L=3D内=60(mm)。∑A直∶∑A横∶∑A内=19.6∶60.5∶15.7=1.25∶3.85∶1(4)u2004铸件高度VL=2.43∑A内hCHP√G≥15−30mm/sVL=2.43∑A内hCΗΡG≥15-30mm/s式中hC——铸件高度,hC=60.1cm;HP——铁液平均静压头高(砂箱高25cm,浇口盆底厚5cm,雨淋孔长6cm)HP=36cm;G——铸件重量。计算得VL=15mm/s,满足生产需求,折算浇注时间40~45s。2.4铸造工艺的测试经过批量生产,获得成功。铸件上表面加工余量10mm,底侧面加工余量6~8mm,铸件加工后,没有缩孔、缩松、渣气孔缺陷,品质稳定,并已推广到400kg的轮形铸件上,工艺出品率97%,成品率大于97%,实测浇注时间40~50s。3冒