立磨輪轂的鑄造工藝設(shè)計與生產(chǎn)

摘 要：對輪轂鑄鋼件的結(jié)構(gòu)及鑄造工藝性進行綜合分析，針對其壁厚不均勻，易產(chǎn)生縮孔縮松、其砂芯阻礙收縮產(chǎn)生鑄造應(yīng)力易產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象，通過采用加粗加高冒口及加高效覆蓋劑、人為增設(shè)補縮通道、內(nèi)澆道切線進入型腔等工藝措施，有效地防止了裂紋和縮孔縮松的產(chǎn)生，所生產(chǎn)的鑄件MT、UT探傷合格。

關(guān)鍵詞：輪轂；縮孔縮松；裂紋；補貼；凝固模擬

1 鑄件簡介

輪轂外形及結(jié)構(gòu)如圖1所示，鑄件凈重3.9噸，最大外形尺寸為Φ1460mm×814mm，材質(zhì)為ZG 270-500。尺寸公差滿足GB/T1804-m級要求，UT、MT滿足JB/T5000.14-1998的II級要求。

2 鑄造工藝

2.1 鑄造工藝性分析

如圖2所示，該鑄件兩端厚大，中間窄薄，類似于一個“啞鈴”，兩個熱節(jié)區(qū)由很窄的補縮通道相連，這樣就很容易造成下部補縮不足而出現(xiàn)縮孔縮松，最終導(dǎo)致探傷不合格。因此，如何消除鑄件的補縮不足是工藝設(shè)計的關(guān)鍵。

2.2 冒口的設(shè)計

為保證熱節(jié)處組織致密，符合探傷要求，首先冒口必須有足夠大的補縮能力，其次確保有暢通的補縮通道。選擇補縮能力較好的圓形明冒口，根據(jù)砂型模數(shù)法，M冒≧1.2M件，計算出冒口尺寸為Φ500mm×750mm，周向3個均布，滿足最大補縮距離，可實現(xiàn)冒口內(nèi)鋼液對鑄件最后凝固部位的補縮。

2.3 冷鐵的設(shè)置

為最大限度減少熱節(jié)，在熱節(jié)二區(qū)周圍放置明冷鐵：1#（長）100×（寬）150×（厚）100，間距100，共22塊；2#（長）100×（寬）250×（厚）100，間距100，共10塊。如圖2所示。

2.4 補貼

由于該鑄件結(jié)構(gòu)特殊，熱節(jié)二區(qū)與熱節(jié)一區(qū)僅由很窄的通道相連，而且中間圓筒處的凹槽更是給補縮通道形成“卡脖”，這樣一來，造成冒口對熱節(jié)二區(qū)部位的補縮在垂直方向的距離不夠，故在熱節(jié)二區(qū)與一區(qū)之間設(shè)置人為的補縮通道，形成由熱節(jié)二區(qū)、通道、熱節(jié)一區(qū)向冒口方向的順序凝固。通過熱節(jié)圓法計算，在冒口下面沿周向加冒口下隨形補貼，其尺寸為高200mm，厚134mm，R80圓角過渡，見圖4。

2.5 砂芯的設(shè)計

1#砂芯（輪轂中間砂芯）為對開兩層，以利于出芯及放置冷鐵。同時為防止1#軸孔芯在澆注過程中發(fā)生漂芯，采取大芯頭工藝（芯頭直徑大于軸孔直徑，見圖3）。為增強砂芯在吊運過程中的整體強度，在芯子中部加放直徑Φ120，厚8mm鋼管制作的芯骨，在芯骨鋼管上開排氣孔，并在芯骨上纏通心繩沿芯頭底部引出箱外，在底部將預(yù)留焊點與地面整體焊牢，砂芯中心放置干砂草繩，加強砂芯退讓性，防止鑄件受阻收縮產(chǎn)生裂紋的傾向。

2#、3#砂芯采取外圍組芯形式，即把尺寸大且強度差的環(huán)形砂芯等分為六分之一的小塊砂芯，這樣還可節(jié)省制作芯盒的木料，降低生產(chǎn)成本。

3 計算機凝固模擬

計算機凝固模擬重點要解決輪轂鑄鋼件兩個熱節(jié)區(qū)易產(chǎn)生縮孔與縮松缺陷的問題。采用PRO-CAST對輪轂?zāi)踢^程中的溫度場及縮松、縮孔進行模擬分析；對冒口大小與位置，冷鐵設(shè)置的合理性進行驗證。模擬結(jié)果顯示：按上述的鑄造工藝，能保證鑄件順序凝固，不會產(chǎn)生縮孔、縮松，結(jié)果參見圖5、圖6。

4 生產(chǎn)實踐控制

4.1 工藝參數(shù)

造型采用堿酚醛樹脂砂，此種方法生產(chǎn)周期短，效率高，鑄件容易獲得比較好的表面光潔度和尺寸精度，型砂配比為：（30%新砂+70%再生砂）、樹脂占總量的1.6%，固化劑占樹脂總量的30%-50%。混砂設(shè)備使用懸臂式混砂機。鑄造收縮率為2.2%，砂芯間隙2mm，局部加5mm補正量。

4.2 造型

為防止鑄件粘砂，在局部厚大部位覆15-20mm厚鉻鐵礦砂，之后再在砂芯型腔表面均勻噴涂3遍醇基鋯英粉涂料，前后三次，分層點燃干燥固化。

在砂芯外圍臥放耐火磚管澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆道選擇底返切線形式進入型腔，達(dá)到排氣集渣的最好效果。刮平地勢，先放置1#芯，沿底部排氣孔將排氣繩引出地坑之外，芯縫填塞石棉繩，用涂料膏圓滑型腔所有不平表面，刷涂料。依次下2#、3#芯，檢查鑄件型腔尺寸，特殊部位使用下芯檢查樣板。待砂芯外圍填充砂固化后，檢查型腔內(nèi)是否有落砂、浮砂。最后蓋好蓋芯，嚴(yán)防芯子錯位，確保砂芯定位準(zhǔn)確、各澆道位置對正，保證各冒口對正相應(yīng)補貼，壓好壓鐵以防止抬箱跑火。

4.3 澆注及清整

鋼水使用電弧爐熔煉，鋼液脫氣要徹底，從熔煉環(huán)節(jié)防氣孔的產(chǎn)生，澆注時待明冒口中鋼液在三分之一高度后及時加高效覆蓋劑，直置澆滿為止，由專人維護冒口3小時不見紅。鑄件澆注后在地坑中保溫時間達(dá)到規(guī)定時間后才能落砂出坑。

5 結(jié)束語

按上述工藝生產(chǎn)的輪轂鑄件，經(jīng)機加工后進行超聲波探傷、磁粉探傷檢查，鑄件內(nèi)部滿足探傷要求，得到客戶的好評。