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        地鐵用電機(jī)端蓋縮孔缺陷分析及預(yù)防

        2020-04-03 07:56:08任國波鄧小金周小亮
        中國鑄造裝備與技術(shù) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:工藝設(shè)計(jì)

        任國波,鄧小金,張 杰,周小亮

        (中車戚墅堰機(jī)車有限公司,江蘇常州 213011)

        近期公司生產(chǎn)的地鐵用電機(jī)端蓋材質(zhì)為QT400-18LT,鑄件外形結(jié)構(gòu)雖然簡單,但熱節(jié)數(shù)量較多,且球墨鑄鐵件具有糊狀凝固特性,易產(chǎn)生分散性縮孔。雖然原鑄造工藝為保證鑄件的內(nèi)部質(zhì)量,造型、制芯時(shí)放置了較多的冷鐵,不僅增加了造型、清理及加工的工作量,在加工過程中仍發(fā)現(xiàn)部分鑄件存在縮孔缺陷,給公司造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為提高工作效率和降低縮孔缺陷的發(fā)生率須進(jìn)行合理的工藝改進(jìn)。以其中一種電機(jī)端蓋為試驗(yàn)載體進(jìn)行其他產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)改進(jìn),保證產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

        1 端蓋原鑄造工藝及缺陷

        1.1 工藝

        該端蓋內(nèi)部質(zhì)量要求高的面(圖1陰影部位)朝下,澆注系統(tǒng)為底注半封閉式澆注系統(tǒng),在軸承孔與連接筋板處、回油孔鉆孔位置設(shè)置外冷鐵(圖1底箱冷鐵布置圖)。

        1.2 縮孔缺陷

        端蓋加工后在軸承孔凹角處存在不同程度的縮孔缺陷,如圖2所示。縮孔缺陷大小約為20mm×15mm,深度約為10mm。經(jīng)統(tǒng)計(jì),縮孔位置基本在兩冷鐵之間。

        2 縮孔原因分析

        2.1 材料收縮傾向

        QT400-18LT為低溫鐵素體球墨鑄鐵,為保證QT400-18LT的低溫沖擊性能,熔煉生產(chǎn)中碳當(dāng)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在4.52%~4.65%。而當(dāng)碳當(dāng)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.6%~4.8%時(shí),球墨鑄鐵的流動性最好,有利于澆注成型、補(bǔ)縮。因此QT400-18LT球墨鑄鐵縮孔傾向比一般球墨鑄鐵要大。為確保材質(zhì)為QT400-18LT端蓋的內(nèi)部質(zhì)量,須采取必要的工藝措施。

        2.2 熱節(jié)處收縮

        鑄件在凝固過程中,由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮,往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞,稱為縮孔。而端蓋軸承孔凹角為L型結(jié)構(gòu)熱節(jié),且熱節(jié)處型砂結(jié)構(gòu)為銳角,使此處內(nèi)角的熱節(jié)內(nèi)接圓直徑增大,導(dǎo)致此處熱節(jié)較大,凝固時(shí)體收縮的體積虧損得不到補(bǔ)償,形成縮孔。

        原工藝上軸承孔處設(shè)置冷鐵,其主要作用為增加L型工藝熱節(jié)的冷凝,促進(jìn)冷鐵位置的石墨化膨脹提前,防止縮孔缺陷。而冷鐵之間存在間隙,冷鐵在間隙位置的作用發(fā)揮較小,導(dǎo)致此處產(chǎn)生縮孔。

        圖1 端蓋質(zhì)量要求及工藝?yán)滂F布置圖

        圖2 軸承孔處縮孔

        3 采取措施

        防止凹角縮孔的對策主要為實(shí)現(xiàn)熱節(jié)-連接壁-冒口的順序凝固。通過分析產(chǎn)生縮孔的原因及考慮到凹角縮孔的預(yù)防措施,決定取消軸承孔的冷鐵,并在軸承孔上部設(shè)計(jì)冒口,達(dá)到液態(tài)補(bǔ)縮的作用。

        普通冒口尺寸計(jì)算為:此端蓋須放置冒口處的重量Gc=44.4kg(體積Vc=5.9dm3,Ac=27.2dm2)。

        鑄件模數(shù)Mc=Vc/Ac=2.16(cm)。按鑄件模數(shù)計(jì)算結(jié)果冒口設(shè)計(jì)采用控制壓力冒口設(shè)計(jì)方法[1]。

        質(zhì)量周界商Qm=Gc/Mc3=4.44(kg/cm3)。

        冒口體模數(shù)MR=f1f2f3Mc=1.71(cm),(根據(jù)Mc和Qm查f1=1.3,f2=0.51,f3=1.2)。

        冒口徑的模數(shù)MN=0.67MR=1.14(cm)。冒口徑直徑為4.56cm。

        冒口體模數(shù)MR=1.71cm時(shí),根據(jù)工藝方案選取耳冒口圓柱形無窩標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),取H/D=1.8,冒口取?90mm×160mm標(biāo)準(zhǔn)冒口。

        熱節(jié)圓直徑T=35mm,冒口補(bǔ)縮距離為280mm,而鑄件軸承孔直徑為167mm,周長為524mm,須設(shè)計(jì)兩個普通冒口才能滿足鑄件的補(bǔ)縮需要。但由于模具位置的問題,設(shè)計(jì)的普通冒口尺寸較大,在現(xiàn)有的模具上不能放置兩個冒口。

        經(jīng)過對工藝及模具結(jié)構(gòu)的分析,決定采用保溫冒口對軸承孔位置進(jìn)行補(bǔ)縮,保溫冒口熱模數(shù)相當(dāng)于普通冒口模數(shù)的1.3~1.4倍,所以放置兩個保溫冒口(?80mm×120mm)可以達(dá)到補(bǔ)縮效果。具體工藝措施見圖3。

        圖3 保溫冒口設(shè)計(jì)在砂芯上

        4 生產(chǎn)實(shí)踐

        工藝改進(jìn)后,試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過X射線探傷(探傷結(jié)果見圖4)符合圖紙要求,并批量生產(chǎn)363只,機(jī)械加工后軸承孔處無縮孔缺陷。

        圖4 X射線探傷結(jié)果

        5 結(jié)束語

        (1)在低溫球墨鑄鐵工藝設(shè)計(jì)時(shí),須考慮此材質(zhì)的收縮傾向較其他球墨鑄鐵大,在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮冒口的設(shè)計(jì)滿足鑄件的內(nèi)部質(zhì)量要求。

        (2)鑄鐵工藝設(shè)計(jì)中保溫冒口的效果相當(dāng)于普通冒口的1.3倍左右,選取保溫冒口時(shí)可先計(jì)算出普通冒口尺寸后再進(jìn)行保溫冒口大小的選擇。

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