李桂玲

（衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 衡水 053000）

本文研究的風(fēng)電齒輪箱產(chǎn)品鑄鐵件材料牌號(hào)主要以EN-GJS-400-18-LT 為主，其中要求滿足-20℃低溫沖擊要求，NP501 風(fēng)電齒輪箱內(nèi)封環(huán)為其中一種產(chǎn)品，零件結(jié)構(gòu)如圖1 所示，零件最大外徑尺寸φ906mm，內(nèi)孔尺寸φ750mm，總高度95mm。

圖1 內(nèi)封環(huán)零件圖

1 鑄造工藝參數(shù)的確定

1.1 鑄造收縮率

鑄件在凝固冷卻過(guò)程中，體積一般要發(fā)生收縮，即體收縮。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該鑄件的收縮率選取0.8%。

1.2 機(jī)械加工余量

該鑄件所有面都需要加工，φ876mm 和φ825mm 之間形成的凹槽較窄，填加加工量后更窄，如果直接鑄出，造型時(shí)該處的砂型強(qiáng)度不夠，很容易碎掉，難于修補(bǔ)，增加造型難度，因此鑄件毛坯將此處凹槽填平。其余直徑方向單面給6mm 加工量，高度方向，因鑄件太大，很容易整體變形引起不平，因此單面給7mm 加工量。鑄件圖如圖2 所示，設(shè)置完加工量后鑄件毛坯單重約115kg。

圖2 內(nèi)封環(huán)鑄件圖

1.3 起模斜度

為了在造型和制芯時(shí)便于起模而不致?lián)p壞砂型和砂芯，應(yīng)該在模樣或芯盒的起模方向上帶有一定的斜度，即起模斜度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該內(nèi)封環(huán)鑄件取起模斜度為（+）1.5° 。

2 澆注位置確定

鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置。

澆注位置是根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特性、鑄造方法以及生產(chǎn)車(chē)間的條件決定的。

正確的澆注位置應(yīng)能保證獲得健全的鑄件、并使造型、造芯和清理方便。

NP501 風(fēng)電齒輪箱內(nèi)封環(huán)屬回轉(zhuǎn)體，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但鑄件整個(gè)表面全部加工，不允許加工面有鑄造缺陷。從圖1 零件剖面圖可見(jiàn)，中間位置熱節(jié)較大，考慮到整體結(jié)構(gòu)比較有規(guī)律，同時(shí)整個(gè)環(huán)直徑較大，在熱處理過(guò)程中很容易變形，因此決定澆注位置選在從內(nèi)部引入，將澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)稱樣式，澆注系統(tǒng)在鑄件熱處理后再切除，可以起到拉筋作用，減小整體變形量。

3 分型面的選擇

由該外封環(huán)鑄件截面可見(jiàn)，整體較厚，為防止內(nèi)部產(chǎn)生縮松缺陷，需要借助冷鐵加速液態(tài)金屬凝固，考慮到冷鐵盡量放置在下型，因此分型面選在如圖3 所示位置，將鑄件大部分放在下型。

4 鑄件數(shù)量及砂箱的選擇

該鑄件尺寸較大，根據(jù)鑄造廠現(xiàn)有砂型只能按照每型一件布置，選用1140× 1140× 250/250 尺寸的砂箱。

5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)是鑄型中引導(dǎo)液態(tài)金屬流入型腔的通道。一般鑄件的澆注系統(tǒng)由四部分組成：澆口杯（外澆口）、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道。

5.1 外澆口

為使?jié)沧r(shí)液體流動(dòng)通暢，根據(jù)理論測(cè)得的鑄件重量，選用φ40mm 澆口箱。

5.2 直澆道

根據(jù)內(nèi)封環(huán)鑄件理論重量，結(jié)合實(shí)踐和鑄造工程師手冊(cè)，選取直澆道直徑為φ40mm，截面積A直=12.56cm2。另外，為防止外部雜質(zhì)通過(guò)直澆道充入型腔，在直澆道處設(shè)置100mm×100mm 的過(guò)濾裝置。

5.3 橫澆道

為防止熱處理時(shí)鑄件變形，設(shè)計(jì)成四道橫澆道，將整個(gè)澆道作為拉筋使用，每道截面積選24mm× 20mm=4.8cm2,四道橫澆道總截面積為A橫=19.2cm2。

5.4 內(nèi)澆道

整個(gè)澆注系統(tǒng)采用半封閉式，將阻流截面設(shè)在內(nèi)澆道上，這樣既具有一定的擋渣作用，同時(shí)又可以保證充型平穩(wěn)。因此將內(nèi)交口總截面選A內(nèi)=12cm2，對(duì)應(yīng)橫澆道分四個(gè)內(nèi)澆道。

澆注系統(tǒng)（不含外澆道）結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 澆注系統(tǒng)

6 砂芯設(shè)計(jì)

因直澆道位置設(shè)計(jì)了過(guò)濾裝置，為便于造型需要設(shè)計(jì)砂芯，該鑄件模具制造采用的是多層板，因此，中間下芯也便于模具的制作。砂芯上型出芯頭，下型做倆圓形定位，來(lái)保證合箱時(shí)內(nèi)澆道和冒口相對(duì)位置不發(fā)生變化。

圖5 砂芯圖

7 冒口的設(shè)計(jì)

冒口是在鑄型內(nèi)人為設(shè)置的貯存金屬液的結(jié)構(gòu)體，用以補(bǔ)償鑄件形成過(guò)程中可能產(chǎn)生的收縮，起防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松并兼有排氣、集渣、引導(dǎo)充型的作用。冒口尺寸設(shè)計(jì)一定要保證冒口頸的凝固晚于鑄件的凝固，否則會(huì)引起液體倒抽現(xiàn)象，在冒口根部形成縮松。

針對(duì)該內(nèi)封環(huán)鑄件整體結(jié)構(gòu)，結(jié)合冷鐵的激冷效果，將冒口設(shè)置在鑄件最頂面，保證足夠的補(bǔ)縮距離，設(shè)置四個(gè)圓的明頂冒口，冒口頸直徑選φ35mm，冒口體直徑選φ80mm，每個(gè)冒口放在兩內(nèi)澆口之間，均布擺放。這樣也保證了液體充入型腔后的整體溫度趨于平衡，使得鑄件凝固過(guò)程時(shí)能夠達(dá)到同時(shí)凝固。冒口和鑄件裝配見(jiàn)圖6。

8 冷鐵的設(shè)計(jì)

冷鐵的激冷效果可以加劇鑄件厚大位置的凝固，同時(shí)冷鐵與冒口配合使用，擴(kuò)大冒口補(bǔ)縮距離或范圍，減少冒口數(shù)目或體積，可提高鑄件的工藝出品率和鑄件的合格率。針對(duì)該內(nèi)封環(huán)鑄件的熱節(jié)部位，在下型放置冷鐵，冷鐵放在下型，不會(huì)阻礙液體中的氣體排出，避免鑄件因冷鐵導(dǎo)致嗆。為確保鑄件毛坯表面質(zhì)量，冷鐵制作時(shí)與鑄件接觸面一定要完全吻合。為防止冷鐵使用過(guò)程中變形，同時(shí)減小冷鐵重量，方便操作人員造型使用，冷鐵形狀不能過(guò)大，整圈按照十五個(gè)均布擺放，冷鐵間留有15mm 的吃砂量。另外，為防止造型脫模時(shí)冷鐵從砂型中脫落，冷鐵做好定位。冷鐵與鑄件裝配見(jiàn)圖6。

圖6 工藝裝配圖

9 結(jié)論

按照以上方案制作了木模具并進(jìn)行了試制生產(chǎn)，對(duì)首件進(jìn)行了全尺寸檢測(cè)，所有尺寸符合圖紙要求，同時(shí)金相組織以及力學(xué)性能等均滿足材料EN-GJS-400-18-LT（-20℃低溫沖擊）的要求，試加工未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷。表明該鑄造工藝合格，可以進(jìn)入批量生產(chǎn)。