承受液體壓力鑄件工藝設計研究論文

　　摘要：通過某型銑頭體鑄件兩種不同工藝方案的分析對比和生產驗證，選擇出合理的工藝設計方案，對具有防滲漏要求的鑄件工藝進行探索。

　　關鍵詞：油壓;滲漏;致密性和均勻性;逐層凝固;補縮冒口

　　機床鑄件中有許多零件需要承受一定的油壓，這類鑄件內部組織必須要致密且均勻，如果鑄件的內部有縮松或縮孔，零件在油壓的作用下將會產生滲漏現象導致零件報廢，影響生產周期和增加生產成本。以某型銑頭體鑄件為例，其具體情況如下：零件要求承壓部位外壁為圓筒形狀，最大壁厚為76mm，最小壁厚為20mm；質量為300kg，材質為HT300。在機床使用中，該零件要求承受的油壓為8MPa，持續承受壓力時間為4h，運行過程中不允許有滲漏現象。在首次工藝設計中試生產5件，在試壓時發現5件均有滲漏現象，其中2件滲漏嚴重。經對工藝進行分析后發現，在鐵液凝固時，由于工藝設計不合理造成上下兩部分材質致密性不均勻，在鑄件上箱部分形成內部縮松嚴重，因此鑄件經受油壓時會產生滲漏現象。

　　1首次工藝方案

　　該工藝采取一箱一件，將鑄件橫放，從鑄件徑向分型，一半鑄件在下箱，一半鑄件在上箱，內澆道設置為兩道，澆注系統采用封閉式澆注，在鑄件的兩端頭分別放置補縮冒口，如圖1所示。鐵液化學成分及澆注溫度范圍如表1所示。該工藝方案，采用3t鐵液共計澆注5件，在加工過程中鑄件表面目測沒發現任何鑄造缺陷，但是在試壓時5件均發生滲漏現象，其中2件滲漏十分嚴重。對工藝復查后發現，滲漏部位都在鑄件上箱部分鑄件的最高部位，為此對滲漏較嚴重的鑄件采取破壞性試驗，發現在鑄件所處上箱部分最高點處鑄件內部組織明顯有縮松現象,如圖2所示。從破壞后整個鑄件斷面看，明顯存在組織極不均勻，上箱部分鑄件組織有明顯縮松、縮孔且組織致密性差且不均勻，這是鑄件產生滲漏的主要原因[1]。由于所生產的零件在試壓過程中全部產生滲漏現象，因此對現行工藝優劣性進行分析和研究。

　　2工藝優劣性分析

　　優勢：由于零件形狀整體為圓柱形，采用第一種工藝方案造型簡單，泥芯定位準確，澆注時不易偏移，所生產鑄件內部尺寸精確度較易控制，同時鑄件不易發生底漏現象。劣勢：由于該零件的'結構特點，若采用該工藝，將有一半鑄件在上箱，因此鑄件的補縮冒口壓力頭較小不利于鑄件補縮。更為重要的是，從零件的結構上來看主要由兩臺圓柱構成，采用該工藝方案在鑄件凝固過程中形成上箱部分鑄件最高點面積小、凝固快、不利于補縮冒口對其補縮，同時在鑄件凝固過程中上箱部分鑄件鐵液對下箱部分鑄件形成補縮效應[2]，因此上箱部分鑄件組織致密性不如下箱部分鑄件，同時在上箱部分鑄件最高處極易形成縮松或縮孔。雖然在最高點放置補縮冒口能避免縮孔的產生，但不能有效避免鑄件內部縮松的產生，鑄件整體材質的致密性和均勻性較差，在下箱部分鑄件的致密性明顯優于上箱部分，因此，如果鑄件要求承受液體壓力的情況下，鑄件上箱部位極易產生滲漏現象。

　　3新工藝方案

　　通過對工藝方案進行分析后得出結論,要有效解決鑄件滲漏現象，必須使承受液壓部位鑄件組織致密且均勻，同時內部不能出現任何縮松現象。基于這一理念采用了順序凝固原理來重新設計鑄造工藝[2]，新工藝方案如圖3所示。該工藝采取一箱一件，將整個鑄件立起來放置在下箱，鑄件要求承壓部位放置在最底面，兩道內澆道設置在鑄件底面，澆注系統采用封閉式澆注，鑄件最頂面設置兩個補縮冒口。

　　4新工藝優劣性分析和評估

　　優勢：采用該工藝設計方案，將鑄件立起來制作，鑄件模樣為整體木模，能確保鑄件外形尺寸精確，有效避免配箱時錯箱可能性；更重要的是，采用該工藝方案將鑄件要求承受油壓的部分整體放置在最下端側面，因鑄件在凝固過程中處于逐層凝固方式，最下端鐵液最先凝固，上端尚未凝固的鐵液在重力作用下對其進行補縮，因此，該部分鑄件組織致密從而有效解決下端部分鑄件微觀縮松現象，對鑄件防滲漏起著決定性的作用。并且同一水平面上的部分鑄件冷卻速度基本相同，從而使整體的鑄件組織均勻，有效解決了第一種工藝設計方案帶來的組織和致密性不均勻及局部地方縮松所導致滲漏等缺陷，同時該工藝方案鑄件全部處于底箱，冒口在上箱，從而使冒口壓力增大，更能有效對鑄件進行補縮。劣勢：采用該工藝設計方案，配箱時泥芯定位較第一種方案困難，如果固定不穩，澆注時有漂芯的可能性；采用該方案比第一種方案多摏出一個平底箱，從而增加勞動強度，若卡箱不注意，在澆注時漏箱的可能性增大。采用新工藝后，同時制作5件，采用3t鐵液進行澆注，其鐵液化學成分及澆注溫度如表2所示。

　　5新工藝方案生產驗證

　　采用新工藝制作了5件試驗件，在加工過程中目測未發現任何缺陷，加工完成后對5件零件進行試壓測試，5件均未發生漏油現象，滿足設計要求。隨后又進行了4個批次的生產，共計生產46件，其中兩件由于夾砂導致報廢外，其余44件鑄件在試壓時均未發生滲漏現象，完全達到了設計要求。

　　6結論

　　每一種鑄造工藝設計方案都有其優劣性，因此，在設計鑄件工藝方案時應考慮到鑄件使用時的具體要求，若有承受油壓時必須首先考慮承壓部分組織的均勻性和致密性，并結合鑄件的具體形狀盡量使零件承壓部分鐵液凝固方式趨向于逐層凝固方式且處于最先凝固，以獲得良好的致密性，并使同一水平面上的部分冷卻速度相同，以達到鑄件組織均勻的目的，這樣能有效防止零件在承受油壓時產生滲漏現象。

　　參考文獻

　　［1］李慶春.鑄件形成理論基礎［M］.北京：機械工業出版社，1982.

　　［2］郝石堅.現代鑄鐵［M］．北京：冶金工業出版社，2009.

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