低沖球墨鑄鐵件電機端蓋造型工藝

夏奇兵 邵濤

摘 要：為開發出合格的電機端蓋低沖球墨鑄鐵件，主軸孔和外法蘭需做磁粉探傷和射線探傷要求鑄件內外質量要求按照標準DIN 1690-S2-RV3的質量等級-不予許裂紋（R：射線照相探傷法）。設計了底注式大孔徑進水，配合冷鐵、冒口鑄造工藝。利用凝固模擬軟件對設計工藝進行驗證、優化。解決了試制過程中的熱節部位縮松、渣缺陷、冷隔問題，最終鑄件開發取得了成功。

關鍵詞：端蓋;球鐵低沖;射線探傷RV3

1、鑄件結構特點

端蓋鑄件平均模數約為1.0CM，屬于薄璧鑄件，由右圖三維可知，鑄件外法蘭壁厚較厚為52mm模數約為2.5cm，中間軸孔位置厚度為48mm模數約為2.5cM，其余側壁型腔在10～16mm之間;鑄件壁厚分布不均與，熱節分布較為復雜構成了鑄造工藝難點[1]。

2、初步工藝設計

工藝難點：鑄件表面不能存在裂紋、渣缺陷以滿足磁粉探傷要求;中間軸孔模數較低且四周無補縮通道，容易形成縮松缺陷;鑄件熱節不能有縮松顯示以滿足射線探傷要求。

造型工藝分析：為了方便組芯合箱，便于以后批量投產采用整體下芯，平做平澆工藝。優點是大法蘭盤向上，利于型腔排氣，可以減少渣、氣滯留減少缺陷風險;缺點是泥芯芯頭較小雖然可以通過中間軸孔、兩個側面方窗形成芯頭，但是泥芯穩定性較差容易形成泥芯傾斜造成尺寸不合，同時為滿足技術協議要求，我公司對鑄件結構進行摸索排查，初步擬定采用低溫快澆配合冷鐵以及保溫冒口解決鑄件縮松問題。

3、試驗方案

3.1端蓋是公司新投產品，鑄件輪廓尺寸：898*780*256mm，重量：156Kg。

3.2材質：EN 1563-GJS-400-18-LT[2]，性能要求見下表：

3.3探傷要求：鑄件內外質量要求按照DIN 1690-S2-RV3的質量等級——不允許有裂紋。（R：射線照相探傷法）。

3.4采用兩種工藝對比，在兩種工藝的基礎上進行優化;通過不同進流位置確定最終工藝方案。

4、工藝驗證

4.1工藝概述

通常造型工藝在設計時應優先考慮生產難度配套公司現有設備，應該采用大法蘭盤在下，方便泥芯定位以及砂型穩定[3];但是這種做法會導致鑄件整體在分型面以上、整個大法蘭盤在底箱，鐵水隨型流動范圍大，造成鐵水雜質含量增多容易出現夾渣、冷隔缺陷。

本次造型工藝采用法蘭盤向上，由中間軸孔及側面窗口做芯頭定位。

為了充型平穩采用底注由中間軸孔位置進水，防止鐵水大面積流淌形成冷隔和夾渣;澆口比根據鑄件重量及結構采用1.3：1.8：1半封閉半開放式澆注系統[4]。在橫澆道上安放直孔過濾片進一步除渣處理。

針對熱節縮松問題處理，鑄件是殼類零件模數小（整體模數接近1CM）壁薄造成不能形成有效補縮通道，只能在泥芯、外模熱節位置安放冷鐵、鉻鐵礦砂等進行優化;如下所示。

其它主要參數：①工藝縮尺10‰;②呋喃樹脂自硬砂造型、醇基鎬英粉刷涂兩遍;③模具采用木模一級制作;④澆注溫度1350±10℃;⑤澆注時間20±5s⑥8T中頻感應電爐化水澆注。

4.2凝固模擬情況

通過凝固模擬軟件對鑄件澆注、充型情況進行模擬，分析澆注、充型過程中存在的問題，對缺陷性有較高的掌控。

⑴方窗口處存在大量小缺陷，預計與鑄件充型紊流有關。

⑵鑄件上部法蘭未出現縮孔缺陷，主要集中在冒口內。

⑶鑄件縮孔缺陷主要集中在下部法蘭盤內。

⑷流場問題大，有紊流現象，建議優化，建議傾斜澆注，建議優化內澆道。

4.3調整鐵水進流位置

通過凝固模擬，鐵水紊流嚴重鑄件內部有縮松缺陷;必須優化進水位置及熱節位置處理;經過優化將澆注系統改為側面窗口進水，鐵水由窗口進入，通過窗口下的弧形結構減緩紊流現象，減緩紊流問題較大程度上降低了因為紊流引起的冷隔、夾渣、縮松等問題。

4.3新工藝驗證情況

采用優化工藝驗證三批次試制件共6件，在公司內部檢測中心進行MT、UT探傷均滿足客戶技術要求，在四川金星清潔能源裝備股份有限公司射線探傷合格，探傷檢索編號：JXRT-2018-0575，目前公司正常投產396件。

5、結論

5.1端蓋類薄壁件紊流是冷隔、夾渣、縮松等缺陷的主要導因，解決紊流能夠在較大的程度上解決缺陷問題。

5.2凝固模擬ProCAST軟件能夠在理論上進行驗證鑄件充型情況，減少實際生產過程中的廢品損失。

參考文獻

[1]查明輝.球墨鑄鐵件電機端蓋鑄造工藝研究? 1674-6694（2013）02-0036-03

[2]the Normenausschuss Gie?ereiwesen.DIN EN1563-2012球墨鑄鐵件

[3]王君卿.鑄造手冊 第五卷 鑄造工藝（第二版）ISBN 7-111-04073-2/TG-62

[4]王文清、李魁盛.鑄造工藝學 ISBN 978-7-111-06082-6