挖掘齿轮减速器箱下箱体铸造工艺设计

挖掘齿轮减速器箱下箱体铸造工艺设计

挖掘齿减速箱是rm80清筛机挖掘链驱动装置的车辆传动件。是国内研发项目。上下壳体为一般碳塑料，上下壳体结构复杂，壁厚不均匀，合箱面法的尺寸差异很大，形状不完全对称。两个轴孔位于不同高度的两个表面上，因此很难取出模型，且很难固定填充孔，以确保铸铁的质量。通过对下箱体铸件结构和铸造工艺的分析,找出铸件质量的影响因素,从模样、造型、制芯及熔炼方面采取措施,配合有效的工艺设计,保证了该下箱体的质量和技术要求。1铸件结构及尺寸挖掘齿轮箱下箱体外形尺寸为879mm×661mm×299mm,毛重158kg,材质为ZG230-450,铸件壁厚悬殊较大,最薄为13mm,最厚为45mm,其结构及外形尺寸见图1。该箱体属于A、B类控制件,质量要求较高,铸件从毛坯到完成机械加工过程中需进行多次探伤,不得有影响装机性能的裂纹、夹渣及孔洞类缺陷。该件在工艺设计及生产中存在如下难点。(1)冒口补缩难,法兰位置难以保留铸件上下双法兰边的结构设计不仅给模样制作及造型带来不便,且给法兰位置的补缩造成困难,无论大法兰合箱面朝上或朝下,总有一面法兰难以放置冒口补缩。(2)跳跃设计难度很大高低错落的轴孔结构,导致冒口分3层布置,冒口尺寸及安放位置不易确定。(3)铸造轴的裂缝难以去除由于箱体是复杂的薄壁壳体结构,壁厚不均匀,轴孔厚、箱壁薄,两轴孔在凝固收缩时,易使箱壁产生拉应力,引起热裂。2铸造工艺的设计和改进2.1原工艺方案及缺陷分析2.1.1冒口分散式钢液分带孔口冒口排放式钢内固结增强技术方案方案2为方便制模及下芯,同时便于大法兰合箱面放置冒口补缩,原工艺采用合箱面朝上的3箱造型方案,如图2。(1)采用顶注工艺,钢液分四道由大法兰边引入。(2)冒口分3层放置,上层法兰面放3只腰圆形冒口,二层轴孔冒口放置条件差,只能放1只冒口,远端放置冷铁,底层轴孔放2只腰圆形暗冒口,中间用冷铁激冷。浇注补缩系统的设置见图2。2.1.2制造缺陷首批试制时,箱体在很多方面存在问题。(1)那就明白了下层轴孔、合箱法兰面及其根部、拐角部位都有不同程度的裂纹。(2)孔的缺陷底层法兰位置有缩孔缩松缺陷,二层轴孔有气孔和缩松缺陷。(3)混合也是错误合箱法兰面上端面有夹渣和夹砂缺陷。按上述工艺试制了4件,由于缺陷较严重,基本上无法满足设计和使用要求。2.1.3在铸造缺陷分析中(1)热裂裂纹产生机理观察裂纹的宏观形貌,共同之处在于裂纹表面呈氧化的灰黑色,外形曲折,属于热裂纹。但开口表面却有差异,箱壁部分的裂纹呈较明显的沿晶界断开的凸凹相补的锯齿状热裂,属于拉裂纹,其余裂纹均产生于圆角根部,开口是不规则的枝晶凝固状,属于缩裂纹。2种热裂的形成原因:①拉裂纹的形成原因主要是生产箱体类薄壁件时,呋喃树脂砂芯形成的坚硬的炭化骨架,具有一定的热稳定性,同时热膨胀较大,导致高温退让性较差。当钢液冷却到固相线附近时,由于收缩产生应力,当应力大于金属枝晶骨架的抗拉强度时,开裂形成裂纹;②缩裂纹的形成原因主要是由于箱体结构复杂,热节较多,各热节及圆角处的散热条件差,同时由于苯磺酸的渗硫作用,导致该处存在滞后凝固的液体,如果滞后凝固的液体补缩到其他部位,而该处得不到其他部位的补缩时,该处在应力的作用下形成“缩裂纹”。(2)缩孔缩松缺陷铸钢件在凝固过程中,由于液态收缩和凝固收缩,在铸件最后凝固的部位若得不到外加钢液的补缩,则会产生缩孔缩松缺陷。挖掘箱下箱体底层法兰正是由于无法放置冒口而产生缩孔缩松缺陷;二层轴孔仅能放一只冒口,其余位置靠3块冷铁激冷,这样冷铁较多,冷铁之间易产生缩松,加之树脂砂属于有机物,钢液浇入铸型后产生大量的气体,这些气体容易凝结在冷铁的表面形成水汽,最终导致冷铁的接触面产生气孔。(3)浮砂较清关键由于采用大法兰合箱面朝上的3开箱工艺,合箱时型腔内的浮砂不易清干净,容易在铸件转角处形成夹砂;产生夹渣的原因则是因为采用转包浇注,不易挡渣,在浇注过程中炉渣易随着钢液浮到铸件上端面,造成大法兰合箱面产生夹渣缺陷。2.2优化工艺过程的结果及控制缺陷根据对上述缺陷的评判和分析,对工艺作了大量的修改,彻底改变了原来的分型方案,重新校核浇注补缩系统,并在生产实践中反复调整和优化工艺。(1)采用底注工艺,合箱面朝下,钢液由大法兰边自下而上引入。该方案利于出气排渣,主要加工面朝下,确保合箱面质量。(2)将3箱造型改为2箱型板造型,二层法兰做成活块,这样既简化造型合箱工序,又便于对二层法兰放置冒口补缩。(3)合箱面大法兰及二层轴孔采用保温冒口补缩,既减少冷铁的使用,减少气孔发生率,又提高铸件的工艺出品率。(4)将横浇道设置在下箱,内浇道在上箱,这样可在直浇道下方及横、内浇道搭接处放过滤网,减少夹渣缺陷的发生率。(5)铸件拐角处放铬铁矿砂,以改善拐角处的散热条件,避免产生缩裂缺陷。(6)加强对钢液进行微合金化精炼和孕育处理,熔化时加入钼铁以细化晶粒,防止铸件形成粗大的树枝晶,出炉后适量加入稀土和硅钙合金。将优化的工艺投入生产,原来的缩孔缩松及夹杂类缺陷得到显著控制,图3是落砂喷丸后带浇冒口的铸件照片。整个铸件表面光洁,无明显的宏观开口裂纹,只是在磁粉探伤的情况下,局部位置的裂纹才得以发现,有的铸件在完成机加工后,于轴孔内侧或端面还有不同程度的气孔。所以我们在完善铸造工艺的同时,对作业现场作了严格的规范和管理,最终保证了加工质量,图4为加工合格的挖掘齿轮箱。3铸型与铸芯用砂的控制要点由于呋喃树脂砂工艺是一项较为复杂的系统工程,尤其是箱体类铸钢件,除了铸造工艺以外,现场因素对铸件质量影响较大,在挖掘箱下箱体的生产中,我们对原辅材料质量及生产中的每一个环节进行严格把关,针对该铸件容易产生裂纹、气孔等缺陷,从操作上采取以下措施以确保现行工艺的有效作用。(1)铸型与铸芯用砂分别在两台混砂机上混制,调低芯砂的树脂加入量,尽量降低砂芯的强度(初强度控制在0.1～0.3MPa),利于提高铸的退让性,减小铸件的收缩应力。(2)在容易拉裂的位置增设工艺筋。(3)控制微粉含量和灼减量。由于微粉含量越高,型砂的透气性越差,灼减量过高则会增加型砂的发气量,生产箱体类铸件时,我们每天定期反吹布袋、清理灰尘,保证除尘器处于良好的工作状态。并通过及时补充新砂,向铸型中填充废砂块等手段降低灼减量。(4)铬铁矿砂、保温冒口及精炼用的合金在使用前进行烘烤,避免因材料吸湿而引起气孔。(5)冷铁使用前应进行打磨或喷丸处理,严禁使用表面锈蚀或有明显孔洞类缺陷的冷铁。合箱前烘烤冷铁,以减少产生气孔缺陷的几率。(6)为避免铸型返潮、吸气,应尽可能缩短合箱到浇注的时间。合箱前应将陶瓷管中和冒口根部的型砂清理干净,合箱当天必须浇注,避免因铸型及冷铁吸湿而引起气孔。4冒口的补缩技术采用树脂砂工艺生产挖掘齿轮箱下箱体,曾产生严重的裂纹、气缩孔及夹渣等缺陷,初期生产的铸件缺陷严重超标,基本上无法满