基于均衡凝固收縮模數法的輪形鑄鐵件上排澇系統(tǒng)設計

基于均衡凝固收縮模數法的輪形鑄鐵件上排澇系統(tǒng)設計

車輪鑄造件由車輪邊緣、車輪和車輪輻射組成。材料和加工要求很高。加工表面不允許存在混合、多孔、收縮孔、縮松等制造缺陷。生產中常采用側邊冒口、壓邊澆冒口、環(huán)形引入和溢流補縮冒口、雨淋澆注系統(tǒng)等工藝方案。上雨淋式澆注系統(tǒng),金屬液由鑄件頂部的雨淋孔分散成多股細流進入型腔,對型腔沖擊力小,液面活躍,有利于氣體、熔渣的上浮;分散引入,保持鑄件結構的均勻性,不會產生集中引人帶來的熱節(jié)效應;形成自上而下的凝固順序和上高溫下低溫的補縮優(yōu)勢。傳統(tǒng)的雨淋澆注系統(tǒng)的設計多是根據鑄件重量從保證澆注時間角度確定內澆道(雨淋孔)的總截面積,根據經驗確定雨淋孔的直徑和個數,最后通過驗算鐵液在型腔中的上升速度來設計,不考慮雨淋澆注系統(tǒng)的補縮問題,對輪形鑄件的補縮一般是將鑄件加高或另設冒口來解決。本文以BA36050皮帶輪為例,用均衡凝固收縮模數法設計雨淋澆注系統(tǒng)的直澆道、橫澆道、內澆道(雨淋孔),讓雨淋澆注系統(tǒng)在具有充填作用的同時,又具有補縮作用,鑄件不再另設補縮冒口,提供一種澆口兼作冒口的設計方法。1高溫下鐵液凝固時間的確定把澆注系統(tǒng)看作是補縮系統(tǒng),澆口盆,直澆道和橫澆道看作是冒口體,澆口盆提供補縮液源,直澆道、橫澆道既是冒口的一部分,又是補縮通道,內澆道看作是冒口頸。澆注系統(tǒng)中鐵液是最后澆入的,其溫度高于型腔,同時澆口杯位置較鑄件高,提供補縮壓力。高溫鐵液從澆注一開始直到澆注結束,都是由澆注系統(tǒng)流入型腔的。直澆道、橫澆道和內澆道型壁受高溫熱傳導而升溫,產生流通效應,使其凝固時間延長。澆注系統(tǒng)補縮和冒口補縮的最大區(qū)別在于澆注系統(tǒng)在澆注和補縮過程中有強烈的流通效應存在,這就是有著較小幾何模數的澆注系統(tǒng)各單元能夠對較大模數的鑄件進行補縮的原因。只要澆注系統(tǒng)的直澆道、橫澆道、內澆道在考慮了流通效應之后的實際模數不小于鑄件的收縮模數,補縮就是充分和可靠的。2556050皮帶輪技術和收縮設計2.1u2004鑄件的測量材質:HT250,樹脂砂型,澆注溫度1330~1360℃,鑄件重G=920kg,鑄件加工后進行靜平衡試驗。鑄件尺寸及工藝方案見圖1。2.2收縮時間分數pc計算結果:M輪轂=3.6cmM輪輻=2.6cmM輪緣=3.1cm鑄件模數取3者的最大值,M件=M輪轂=3.6cm質量周界商Qm=G/M件3=19.7(kg/cm3);收縮時間分數Pc=1.0e(0.5M件+0.01Qm)=0.137Ρc=1.0e(0.5Μ件+0.01Qm)=0.137;收縮模數系數f2=Pc???√=0.37f2=Ρc=0.37;鑄件收縮模數Ms=f2M件=1.33cm2.3采用收縮模數法計算了各雨水池的尺寸(1)冒口壓力系數式中f1——冒口平衡系數,考慮到補縮時澆口盆對直澆道鐵液的補充,取f1=1.0;f3——冒口壓力系數,考慮到直澆道壓頭的持續(xù)存在,取f3=1.0;f直流——直澆道流通效應系數,取f直流=0.75。M直=1.0×0.37×1.0×0.75×3.6=1.0(cm)直澆道直徑D直=5M直=?50(mm)∑A直=19.6cm2(2)橫澆道流通效應系數法式中f1——冒口平衡系數,橫澆道一般不產生體積虧損,取f1=1.0;f3——冒口壓力系數,取f3=1.0;f橫流——橫澆道流通效應系數,取f橫流=0.8。M橫=1.0×0.37×1.0×0.8×3.6=1.06(cm)取橫澆道為梯形:50mm/60mm×55mm∑A橫=60.5cm2,M橫幾何=1.37cmM橫幾何>M橫計算,裕量為1.37/1.06=1.29(3)降雨孔設計式中fP——冒口頸流通效應系數,取fP=0.45;f4——冒口頸長度系數,取f4=0.8;M內=0.45×0.37×0.8×3.6=0.48(cm)。內澆道(雨淋孔)為圓形,一端與橫澆道相連,一端與鑄件相通。直徑D內=4M內=?20(mm),∑A內=15.7cm2,共設5個雨淋孔,由陶瓷管予埋形成。雨淋孔長度L,一般取L=(2-3)D內,本例取L=3D內=60(mm)?！艫直∶∑A橫∶∑A內=19.6∶60.5∶15.7=1.25∶3.85∶1(4)u2004鑄件高度VL=2.43∑A內hCHP√G≥15?30mm/sVL=2.43∑A內hCΗΡG≥15-30mm/s式中hC——鑄件高度,hC=60.1cm;HP——鐵液平均靜壓頭高(砂箱高25cm,澆口盆底厚5cm,雨淋孔長6cm)HP=36cm;G——鑄件重量。計算得VL=15mm/s,滿足生產需求,折算澆注時間40~45s。2.4鑄造工藝的測試經過批量生產,獲得成功。鑄件上表面加工余量10mm,底側面加工余量6~8mm,鑄件加工后,沒有縮孔、縮松、渣氣孔缺陷,品質穩(wěn)定,并已推廣到400kg的輪形鑄件上,工藝出品率97%,成品率大于97%,實測澆注時間40~50s。3冒