淺談機(jī)車電機(jī)蓋的鑄造工藝優(yōu)化途徑

1、淺談機(jī)車電機(jī)蓋的鑄造工藝優(yōu)化途徑呂柏道摘 要：電機(jī)蓋是機(jī)車的重要組成部件之一，其鑄造工藝比較復(fù)雜。進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)蓋的鑄造工藝能提高電機(jī)蓋的使用性能，延長機(jī)車的使用周期。該文主要針對機(jī)車電機(jī)蓋軸承孔的縮松問題進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了如何應(yīng)用熔煉工藝、冷鐵冒口工藝等，優(yōu)化電機(jī)蓋的鑄造工藝，消除縮松缺陷。關(guān)鍵詞：機(jī)車電機(jī)蓋 鑄造工藝 優(yōu)化途徑中圖分類號：U260.6                文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A&#

2、160;            文章編號：1672-3791202103c-0068-02近年來，隨著機(jī)車電機(jī)性能的逐漸提高，電機(jī)蓋的鑄造精度越來越高。傳統(tǒng)的鑄造工藝問題也容易凸顯出來。為了提高機(jī)車電機(jī)蓋的使用性能，研究人員只有加大其鑄造工藝的研究，積極采用新工藝、新方法，優(yōu)化電機(jī)蓋的鑄造工藝，消除傳統(tǒng)電機(jī)蓋鑄造工藝的弊端。1 傳統(tǒng)鑄造工藝問題該文選擇了某一機(jī)車的電機(jī)蓋作為研究對象。該電機(jī)蓋的外形尺寸為607mm×610mm×195mm，平均壁厚

3、達(dá)9mm。依據(jù)壁厚標(biāo)準(zhǔn)，該電機(jī)蓋屬于薄壁鑄件。另外，其模數(shù)為1.4cm，材質(zhì)是球鐵鑄件，質(zhì)量為72kg，全外表磁粉探傷、超聲波檢測均不超過相關(guān)規(guī)定的三級。該電機(jī)蓋主要是采用頂注式澆注方式，使鑄件處于下型中。這樣做的主要目的是消除自澆注缺乏、冷隔等缺陷。而且，采用下型還能防止合箱引起的夾砂缺陷。在這一鑄造工藝中，砂芯也處于下型。砂芯的定位主要是利用通風(fēng)口拉出芯頭、中間軸孔出的冷鐵砂芯頭?？傊?，該澆筑系統(tǒng)具有充型平穩(wěn)、擋渣的特點(diǎn)，能有效保證鐵液品質(zhì)及電機(jī)蓋鑄造質(zhì)量。另外，該鑄造工對軸承孔厚大局部的主要處理方法是采用冒口和冷鐵的施工工藝。具體是將該處的砂芯換成鐵芯，從而加快其厚大局部的凝固。并在該處

4、增加工藝補(bǔ)貼，便于防止發(fā)熱冒口。同時(shí)，還在大平面上、通風(fēng)口部位分別設(shè)置了兩個發(fā)熱冒口、側(cè)冒口，以到達(dá)消除縮孔缺陷的目的。除上述外，該鑄造工藝使用了高強(qiáng)度呋喃樹脂自硬砂造型及制芯，且采用了專用醇基涂料。在熔煉過程中，將其熔煉溫度控制在15301570之間，出爐溫度在1510左右，誤差范圍在10以內(nèi)，澆注溫度為1390±10，澆注時(shí)間為13±1s。同時(shí)，將其中的碳元素、硅元素、錳元素、鎂元素的含量比分別控制在3.7、2.2、0.1、0.03左右。實(shí)踐證明，雖然采用了一系列的預(yù)防措施。但是采用傳統(tǒng)鑄造工藝后，鑄件仍出現(xiàn)了局部位置縮松超標(biāo)的問題。其中縮松最為嚴(yán)重的部位是軸承孔冒口下

5、處，其次是內(nèi)澆道的耳朵部位。2 問題分析首先，鑄件的工藝實(shí)施多是由機(jī)械完成，不存在實(shí)施缺陷。其次，從鑄件熔煉過程考慮。該電機(jī)蓋的鐵液熔煉溫度、出爐溫度、澆注溫度等均處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。顯然，熔煉過程并無過失。再者，從其中化學(xué)元素的占比考慮。在對鑄件的化學(xué)成分、石墨檢測過后發(fā)現(xiàn)其出碳量在4.48%時(shí)，也就是在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)，鑄件的縮松缺陷比較少，且鑄件球化效果也非常好。顯然，這也并非是化學(xué)成分造成的鑄件縮松。最后，從冷鐵、冒口的設(shè)計(jì)方面考慮。上文中已經(jīng)描述出了其設(shè)計(jì)、擺放情況。對此，我們可利用代數(shù)計(jì)算軟件Magmasoft對其凝固過程進(jìn)行模擬、分析。這樣可直觀、形象地觀察到鑄件各部位的剩余液

6、情況，并對其進(jìn)行分析。經(jīng)過實(shí)際模擬發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一段時(shí)間后，鑄件的壁薄部位剩余液相消失最快，但軸承孔、冒口根部仍存在剩余液液相。隨后，又經(jīng)過一段時(shí)間后，冒口頸完全凝固堵塞了冒口、鑄件的補(bǔ)所通道。至此，可認(rèn)為軸承孔冒口下處出現(xiàn)的縮松缺陷主要是因?yàn)椋好翱谠诮饘僖阂簯B(tài)收縮時(shí)，會補(bǔ)充局部金屬液。在共晶膨脹結(jié)束前，冒口無法截?cái)嘌a(bǔ)所通道，就會造成金屬液回填現(xiàn)象。而軸承孔的厚大部位的凝固在工藝補(bǔ)貼之后，這就會造成厚大部位不能補(bǔ)縮的現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生縮松缺陷。內(nèi)澆道耳朵部位的縮松那么是因?yàn)殍T件凝固時(shí)，側(cè)冒口會補(bǔ)縮與其相接的橫澆道。3 工藝優(yōu)化從上述文中能夠得知造成軸承孔冒口下處出現(xiàn)縮松缺陷的主要原因是冷鐵+

7、冒口處理工藝存在冷鐵、冒口設(shè)計(jì)、擺放不合理的問題，假設(shè)要優(yōu)化鑄造工藝，消除縮松缺陷，就可從這一方面入手。首先，可優(yōu)化冒口設(shè)計(jì)。如在軸承孔放冒口處增加斜鍥形狀的冒口頸，并增加該冒口頸高度。這樣做的主要目的是為了在鐵液共晶膨脹時(shí)，加快冒口頸凝固，從而使回填通道的鐵液被截?cái)?。冒口本身就屬于鑄件的補(bǔ)充局部，具有補(bǔ)縮作用。畢竟鑄件在冷卻時(shí)，最薄的部位會先凝固，其收縮補(bǔ)償可由厚大部位提供，而厚大部位凝固時(shí)假設(shè)得不到收縮補(bǔ)償就會形成縮孔。但如果采用較高的斜鍥形狀的冒口頸，就可使鑄件的厚大部位得到收縮補(bǔ)償，進(jìn)而消除縮松缺陷。所以，該文采用了這一優(yōu)化方式，優(yōu)化冒口設(shè)計(jì)。其次，一般情況下，為了保證鑄件能夠順序凝固

8、，會選擇內(nèi)澆道靠近冒口的方式進(jìn)行澆筑，在逐漸凝固時(shí)，通風(fēng)口處的側(cè)冒口就會補(bǔ)縮相接的橫澆道，那么內(nèi)澆道的耳朵部位凝固就會無法得到補(bǔ)縮，形成縮松缺陷。對于這一問題，可采用去除內(nèi)澆道耳朵部位的側(cè)冒口，并放置5/8的發(fā)熱冒口。同時(shí)，將其中的兩個內(nèi)澆道合并為一個內(nèi)澆道。這樣當(dāng)內(nèi)澆道的耳朵部位凝固時(shí)，5/8的發(fā)熱冒口會對自動進(jìn)行補(bǔ)縮。而且兩個內(nèi)澆道合并為一個內(nèi)澆道后，不再需要考慮橫澆道問題?？梢哉f，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加精簡、有效。最后，需要注意的是在優(yōu)化冒口的設(shè)計(jì)。擺放時(shí)，簡化內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮電機(jī)蓋的實(shí)際尺寸。畢竟其冒口厚大部位的壁厚并非是平均壁厚。尤其是其內(nèi)澆道的直徑、壁厚規(guī)格，會影響到電機(jī)蓋鑄件的使用

9、性能。在合并、優(yōu)化內(nèi)澆道與發(fā)熱冒口時(shí)，更需要合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。只有這樣才能進(jìn)一步提高電機(jī)蓋的鑄造工藝優(yōu)化質(zhì)量。4 優(yōu)化效果在完成根本的電機(jī)蓋鑄造工藝優(yōu)化后，還需進(jìn)行模擬、分析，了解最終的鑄造工藝優(yōu)化效果。同樣，還可利用代數(shù)計(jì)算軟件Magmasoft。這是由德國研發(fā)的一種鑄件過程模擬軟件，也是目前最為流行的鑄件仿真軟件。它能夠?qū)﹁T件過程中的充型、凝固、冷卻、熱處理等進(jìn)行詳細(xì)的模擬，并將其過程形象化地展示出來。在檢測該鑄造工藝優(yōu)化成果時(shí)，主要就是應(yīng)用該軟件對鑄件過程中的凝固進(jìn)行模擬，通過觀察不同凝固時(shí)間點(diǎn)的鑄件各部位液相分?jǐn)?shù)來判斷其凝固結(jié)果。通常是選擇開始凝固時(shí)間、完全凝固時(shí)間兩個時(shí)間節(jié)

10、點(diǎn)進(jìn)行比照、分析。同時(shí)，依據(jù)疏松判據(jù)，即縮孔與液相分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖來判斷逐漸各部位的縮孔情況。其具體模擬分析過程為：利用Magmasoft軟件模擬后，發(fā)現(xiàn)斜鍥形狀冒口頸的開始凝固時(shí)間為105s。冒口的完全凝固時(shí)間為170s。隨后，應(yīng)用疏松判據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)鑄件軸承孔的冒口下處、內(nèi)澆道的耳朵部位并沒有出現(xiàn)時(shí)縮松現(xiàn)象，且其他部位也并未出現(xiàn)縮松現(xiàn)象。這就說明：經(jīng)過工藝優(yōu)化后，電機(jī)蓋鑄件的縮松缺陷被有效消除了。也就是說，可將該工藝優(yōu)化方法應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)行檢測，確認(rèn)其是否有利用價(jià)值。5 結(jié)語綜上所述，在科學(xué)技術(shù)不斷開展的背景下，只有加大機(jī)車電機(jī)蓋鑄造工藝的優(yōu)化研究，才能解決傳統(tǒng)電機(jī)蓋鑄造工藝的缺陷，提高機(jī)車電機(jī)蓋的成品率，推動我國鑄造行業(yè)的創(chuàng)新與開展。參考文獻(xiàn)【1】胡鄭重，郭玉峰，姚三九，等.