胡智菲,陶 標(biāo),于 凝,孔亞南
(安徽合力股份有限公司合肥鑄鍛廠,安徽合肥 230000)
一種球鐵托板,鑄件外形尺寸較大(3590mm×1790mm),平均壁厚30~50mm,屬薄板類型鑄件,在凝固收縮過(guò)程中易變形。同時(shí)該平板用于沖壓模具工作臺(tái),需要具有很好的強(qiáng)度和硬度,質(zhì)量要求高。我廠以往同類產(chǎn)品主要采用樹(shù)脂砂工藝生產(chǎn),樹(shù)脂砂工藝生產(chǎn)需要配備專用的工裝,另外型砂的再生回用率較低,成本高、效率低。采用V 法鑄造生產(chǎn),相比較于樹(shù)脂砂工藝生產(chǎn)成本低,對(duì)V 法鑄造技術(shù)拓展應(yīng)用是挑戰(zhàn),也是機(jī)遇,可促進(jìn)我廠V 法球鐵鑄件開(kāi)發(fā)技術(shù)的提升。
鑄件外形尺寸3590mm×1790mm×110mm,鑄件最薄位置為30mm,鑄件布滿加強(qiáng)筋,屬于超薄超大件,是目前我廠生產(chǎn)的最大、最薄的球墨鑄鐵件。其鑄件材質(zhì):QT600-3。圖1 為鑄件外形尺寸圖。
圖1 鑄件外形尺寸圖
V 法鑄造用水環(huán)真空泵;柔性V 法生產(chǎn)線;4000mm×2600mm×600mm/800mm 特大V 法砂箱;12.5t 中頻感應(yīng)電爐;3t 球化澆包1 只;6t 普通澆包1 只。
球鐵托板(圖件號(hào)T4-800-50009),整體結(jié)構(gòu)不復(fù)雜,尺寸相對(duì)較大,單重2930kg,毛坯重量3540kg,澆注重量4300kg,采用特大V 法砂箱4000mm×2600mm×600mm/800mm。配型板外形尺寸4000mm×2600mm×350mm/250mm。生產(chǎn)該產(chǎn)品的主要難點(diǎn):
(1)鑄件外形尺寸較大(3590mm×1790mm),平均壁厚30~50mm,屬薄板類型鑄件,在凝固收縮過(guò)程中易變形。
(2)V 法工藝生產(chǎn),不適合傾斜澆注,易產(chǎn)生塌箱、變形、縮松等問(wèn)題。
(3)材質(zhì)要求QT600-3,鑄件重、尺寸大,球化質(zhì)量不易保證,易衰退。
(4)V 法鑄造保溫保壓時(shí)間長(zhǎng),冷卻速度慢,硬度低。
考慮到該平板大平面向下,即重要的加工面在底箱,筋條面向上。采用四只澆連冒口補(bǔ)縮,同時(shí)根據(jù)V 法工藝的特點(diǎn),澆注過(guò)程中,上箱砂胎被多個(gè)筋條隔開(kāi),并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間鐵水烘烤,砂胎強(qiáng)度低,塌箱風(fēng)險(xiǎn)大。
因此我們選擇了大平面向上,即重要的加工面向上。提高局部橫澆道的高度,增強(qiáng)浮渣能力,采用8 只15mm×50mm 的內(nèi)澆道,增加鐵水充型速度。同時(shí),側(cè)面引出四只出氣冒口的工藝方式,工藝效果如圖2。
圖2 工藝效果圖
防止鑄件變形等因素影響加工量,因此上平面加工量20mm,底面加工量16mm,且發(fā)貨前,上平面粗加工10mm。
使用華鑄CAE 軟件對(duì)鑄件凝固過(guò)程進(jìn)行分析,平板兩端有少量縮松,采用內(nèi)置冷鐵的方法消除縮松。
球墨鑄鐵件在凝固過(guò)程中石墨化膨脹較大,提高鑄型強(qiáng)度可以在一定程度上提高球墨鑄件密度,降低形成縮孔、縮松缺陷的機(jī)率。調(diào)整震實(shí)時(shí)間,要求震實(shí)時(shí)間≥450s。砂箱長(zhǎng)度、寬度大于加砂口,上、下箱采用加砂平齊后震實(shí),反復(fù)4 次完成。造型負(fù)壓高壓小于-0.06MPa。確保砂型硬度達(dá)到95HB。
圖3 華鑄CAE 模擬
(1)在鑄件兩個(gè)面相接處的幾何熱節(jié)部位放置冷鐵,加快此部位的冷卻速度,促進(jìn)均衡凝固,消除內(nèi)部縮松(見(jiàn)圖4)。
圖4 熱節(jié)處放置內(nèi)冷鐵
(2)靠近兩端四只內(nèi)澆道放置球鐵過(guò)濾片,內(nèi)澆道放置過(guò)濾網(wǎng)。制作擋渣扒,澆注時(shí)安排人員站在澆包的斜對(duì)面進(jìn)行擋渣。
(3)使用過(guò)濾網(wǎng)及過(guò)濾片。鐵水流動(dòng)性差,采用過(guò)濾網(wǎng)及過(guò)濾片進(jìn)行擋渣。
使用3t 包進(jìn)行球化處理,球化處理之后轉(zhuǎn)入6 噸包進(jìn)行澆注;考慮到需要2 次翻包,出爐溫度提高至1450~1480℃。球化劑類型3-8,加入量16kg/t,每噸鐵液孕育時(shí)加75 硅鐵,加入量為15kg/t;球化時(shí),加入0.4%~0.5%銅,壓在球化劑上面;澆注時(shí),采用硅鋇鈣0.1%的隨流孕育;整個(gè)過(guò)程縮短時(shí)間,減少球化衰退,提高球化級(jí)別。
通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù),對(duì)附鑄試棒做拉伸試驗(yàn),抗拉強(qiáng)度720MPa,斷后伸長(zhǎng)率5.5%,布氏硬度251HBW,完全滿足球鐵QT600-3 的要求。金相鑒定:球化2 級(jí),石墨6~7 級(jí),如圖5 所示。
圖5 金相
圖6 毛坯圖
(1)V 法工藝生產(chǎn)球鐵平板件,不能夠生搬硬套樹(shù)脂砂工藝、潮模砂工藝生產(chǎn)的球鐵件的工藝方案,要尋找出適合V 法生產(chǎn)球鐵件工藝生產(chǎn)方法。
(2)保溫、保壓時(shí)間提高至24h,開(kāi)箱后就地冷卻10h,有效的減少了鑄件變形的問(wèn)題。
(3)直澆口采用陶瓷管,防止?jié)部跊_砂,保證鐵水純凈度。
采用V 法鑄造工藝生產(chǎn)大型平板球鐵件的成功實(shí)踐,是V 法產(chǎn)品升級(jí)的重要體現(xiàn)之一,對(duì)V法產(chǎn)品的附加值提高具有重大的推動(dòng)作用,為今后V 法工藝生產(chǎn)高端鑄件奠定了基礎(chǔ)。