异型铸件立式离心铸造工艺

异型铸件立式离心铸造工艺

根据垂直离心铸造的形状，可分为金属模和异型砂模的铸造型。金属模的铸造型只能极限低的简单循环铸造的高度。asm模型适用于形状复杂、带有型芯的异型件，但应配置简单有效的注水系统。按浇道排列形式又可分为单型腔和多型腔立式离心铸造(见图1)。单型腔立式离心铸造时,带有型芯的铸型绕自身重心垂直线旋转,金属液由位于中心线上的直浇道注入,通过内浇道对铸件补缩,多型腔立式离心铸造时,若干个型腔对称分体在直浇道(旋转中心)周围,且用横浇道加以连接,金属液由直浇道经横浇道,在内浇道处对各个铸件进行补缩。单型腔和多型腔立式离心铸造均是依靠离心力的作用,将浇道中金属液从旋转中心(直浇道)甩向铸件外缘进行补缩,同时这也加剧了铸件外缘至旋转中心的顺序凝固。于是铸件的冒口质量和数量可大大减少,甚至可不设专门冒口,这不但降低铸件清理成本,也节约了金属材料。和重力铸造相比,铸钢件工艺出品率可提高15%～30%。另一方面离心力促使金属液在铸型中作定向运动,先凝固的固相晶体密度大于液相的,导致在内壁边缘先凝固晶体推向外壁,这有利于铸件由外向内的顺序凝固。金属液的定向运动破碎和细化了部分树枝状晶,克服了枝晶间“隧道”阻力进行补缩,铸件变得致密,性能得到改善,从而延长了铸件的工作寿命。1垂直离心式铸造工艺1.1自反向凝固的基本原则异型铸钢件的立式离心铸造工艺设计应遵循以下二个原则:一是建立起自外向内的顺序凝固;二是在浇注系统中保持足够的钢液,保证凝固过程中能不断地对铸件实行离心力补缩。1.2工艺特点1.2.1铸造、浇道、冒口外形对称,中间为型芯的铸钢件可采用单型腔立式离心铸造、在铸件中心线上安放直浇道或冒口。非对称外形,尺寸不大的铸件可考虑多型腔离心铸造,将横浇道和各铸件的厚截面相连便于补缩。1.2.2浇注系统设计在立式离心铸造异型铸钢件时,通常将中心直浇道兼作冒口补缩用,为进一步形成中心至铸件外缘的温度梯度和逐级补缩,浇注系统应满足下式。式中,M直为直浇道模数,M横为横浇道模数,M铸为铸件被补缩部位模数。1.2.3输入位置厚壁中空铸钢件在立式离心铸造时,可将顶部冒口尽可能地移至旋转中心或中心孔内侧,这将有利于冒口中钢液最大限度从中心向铸件外缘补缩。1.2.4扩大浇道截面浇注系统应贮存足够的钢液作离心力补缩之用,但往往为节约钢水,减小横浇道截面,而在内浇道处扩大浇道截面,甚至可放置一定尺寸的“边冒口”来贮蓄钢水,作为补缩浇道,见图2。此时,直浇道和横浇道仅仅作为钢液的通道,而补缩浇道起到对铸件补缩功能。在多型腔立式离心铸造中,连接各个铸件内浇道处也可根据补缩需要,设置足够容积补缩浇道。1.2.5确定补缩浇道的最大补气量异型铸件立式离心铸造工艺设计后,应对它的浇注系统补缩能力按下式验证。式中,VP为直浇道或补缩浇道的最大补缩量,离心铸造中该值大于重力铸造时同尺寸冒口的最大补缩量,K为铸件凝固体收缩率,V铸为铸件体积,在多型腔立式离心铸造中为几个铸件体积总和,V浇道为直浇道和横浇道体积之和,在设置补缩浇道时,V浇道就用补缩浇道总体积来代替。1.2.6冷铁和辅助喷射如果铸件难以形成由外向内的顺序凝固,那末在铸件孤立热节区域应安放冷铁或添加从铸型中心至该热节的辅助横浇道。1.2.7铸钢件的强度铸型通常为水玻璃砂模,树脂砂模或精铸模壳,铸型必须保持一定的干拉强度,型芯须紧固。简单件浇注时,铸型转速不作变化,厚壁或复杂的铸钢件铸型可作变速旋转。低速可减少浇注初期钢液对铸型壁的冲蚀,浇注后期或结束时的高速能确保离心力对铸件的补缩效果。1.2.8灌溉速度和温度立式离心铸造时金属液的良好充型性能可避免铸件产生冷隔和皱皮,铸型在旋转时注入钢水,它的浇注温度和速度可适当降低。2铸造件的应用2.1规范混凝土浇筑输气管道端面的法兰圈尺寸如图3示,铸件材料为不锈钢OCr18Ni12Mo2,法兰圈经固溶处理,加工和打磨后酸洗钝化。法兰圈重力铸造时上平面放置四个腰圆冒口,另外在外圆放四个出气小冒口,为避免冷隔和排除钢液夹杂,保证法兰圈酸洗后非加工面外观质量,采用底注,浇口面积之比为u03a2F直∶u03a2F横∶u03a2F内=1∶1.6∶3.2,浇注温度控制上限。与此同时,铸型槽内须敷设一定厚度锆英砂来防止粘砂。利用原有木模和砂箱,将法兰圈改成立式离心铸造,取消了所有的冒口,简化了浇道,大大方便了操作,同时降低生产成本,工艺出品率比使用重力铸造提高30%。法兰圈水玻璃砂铸型在柴油喷嘴烤烘干燥后,紧固在离心机托台上,浇注后转速逐步上升,浇口注满后,转速达到工艺规定最大值。铸件冷却后打箱,未发现冷隔,夹砂缺陷,最终酸洗后,铸件无锈蚀疵点,外表色泽均匀。2.2浇注口及冒口对铸造工艺的要求25#碳钢的卷筒铸件尺寸如图4所示,重力铸造时,在铸件中间340mm轴孔上放200mm冒口一个,在外圆和筋连接处放280mm冒口4个,为保证它们垂直补缩,外圆800mm增大为900mm且在冒口下增设补贴,图中剖面线为铸件尺寸,阴影处为冒口补贴,这样铸件工艺出品率仅为52.3%。卷筒采用立式离心铸造工艺后,取消了外圆4个冒口及它们的补贴,铸件工艺出品率大幅度上升,见表1。离心铸造40mm单根试棒经920℃正火加工后,进行拉伸试验,结果见表2,和重力铸造相比,屈服强度提高22%,断面收缩率提高17%。3垂直离心制造的优势3.1立式离心铸造试样的腐蚀性能异型铸件经立式离心铸造后,由于枝晶细化和枝晶间疏松得到最大限度填充,它的强度和塑性有了提高,且呈现出各向同性,对不锈钢铸件来说,其耐蚀性也相应有了提高,将超低碳不锈钢OOCr25Ni6Mo2N经重力铸造,离心铸造和锻造的3种试块,在1150℃固溶后加工成试样,按ASTM-A262C标准作腐蚀试验,试样放置在65%的HNO3沸腾液中,48h为一个周期,共进行5个周期后分别测出它们的平均腐蚀率,见表3,立式离心铸造试样的腐蚀率接近于锻造试样的水平,由此可见,在腐蚀介质中工作的叶轮、浆片、法兰和缸体采用异型铸件立式离心铸造工艺生产,有利于延长它们的工作寿命。3.2铸造一次合格率低高碳钢、锰钢的链轮、齿轮、轮盘和锥形筒体等铸件往往在4周轮缘上放置若干个冒口和补贴,造成冒口切割清理繁琐,此外,轮缘在凝固中各处温差大,易引起收缩应力,冒口根部凝固滞后,枝晶粗大,偏析和夹杂严重。所以该区域就成为铸造缺陷常发部位,铸件一次合格率低。但在异型铸件立式离心铸造中,铸件轮缘上冒口全部取消,形成轮缘至轮毂(旋转中心)的顺序凝固,整个轮缘凝固趋于同步,避免了应力和收缩裂纹等缺陷发生,铸件一次合格率大大上升。该技术很适用于矿山、冶金、建材和工程机械行业中那些表面或外圆承受磨损的铸件生产。3.3提高单铸件系统的制作和成本下表列出4个铸钢件,在采用立式离心铸造后,它们的铸件工艺出品率从原来的60.8%提高到80%。以法兰圈为例,每生产1t该铸件,和重力铸造相比,就可节约钢水0.7t,若不锈钢水每t成本为1.2万元,那末生产10t不锈钢法兰圈,不计冒口切割清理成本的降低,单铸件工艺出品率提高这一项就节约8.4万元。异型铸件立式离心铸造工艺对高合金钢铸件生产的经济效益尤