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        變速箱體鑄造工藝研究

        2023-05-20 04:29:40任國波
        鑄造設(shè)備與工藝 2023年2期
        關(guān)鍵詞:冷鐵冒口變速箱

        任國波,宋 巖

        (中車戚墅堰機(jī)車有限公司,江蘇常州 213011)

        變速箱體材料為EN-GJS-400-18-LT(EN 1563),零件重量為128.8 kg,鑄件重量為162 kg,箱體類結(jié)構(gòu),輪廓尺寸為961 mm×596 mm×252 mm,圖1 為鑄件三維圖。鑄件圖紙中標(biāo)識位置(見圖2)為射線探傷2 級,其余為射線探傷3 級。批量生產(chǎn)時鑄件須進(jìn)行超聲波探傷檢查,超聲波探傷位置、要求與射線探傷一致。

        圖1 變速箱體鑄件三維結(jié)構(gòu)圖

        圖2 鑄件內(nèi)部質(zhì)量圖示

        1 鑄造工藝方案與Procast 工藝模擬

        1.1 鑄造工藝方案

        根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與質(zhì)量要求,在工藝設(shè)計時采用變速箱體中間分型,如圖3 所示,砂箱工裝使用1 140 mm×1 020 mm 通用砂箱。變速箱體內(nèi)腔使用砂芯結(jié)構(gòu),外部吊裝結(jié)構(gòu)設(shè)計砂芯,共4 個砂芯,如圖4 所示,變速箱體內(nèi)腔的1#和2#砂芯須先落入3#砂芯中,隨3#砂芯一起落入下型中,4#砂芯背面預(yù)留20 mm 補(bǔ)砂區(qū),由外向內(nèi)推至固定位置。澆注系統(tǒng)采用頂注封閉式澆注系統(tǒng)[1],阻流截面在內(nèi)澆口上,澆注開始后金屬液容易充滿澆注系統(tǒng),擋渣能力較強(qiáng),金屬液消耗少,且清理方便。內(nèi)澆口分散開設(shè)在法蘭面上,方便鑄件清理,根據(jù)壁厚及澆注時間的確定,按阻流截面設(shè)計法計算澆注系統(tǒng)尺寸,其中F直∶F橫∶F內(nèi)=2.04∶1.64∶1,澆注溫度為1 350 ℃~1 370 ℃,澆注時間為25 s.

        圖3 變速箱體外模結(jié)構(gòu)

        圖4 變速箱體砂芯結(jié)構(gòu)

        1.2 Procast 工藝模擬

        為驗證變速箱體鑄造工藝設(shè)計的合理性,通過Procast 進(jìn)行了工藝模擬,如圖5 所示。模擬結(jié)果顯示有縮孔缺陷??s孔位置均在結(jié)構(gòu)熱節(jié)處,主要原因是鑄件結(jié)構(gòu)壁厚變化突然,孤立的熱節(jié)得不到補(bǔ)縮。為防止工藝試驗時產(chǎn)生縮孔缺陷,在模擬缺陷位置處放置冷鐵進(jìn)行熱節(jié)處快速冷卻和保溫冒口進(jìn)行液態(tài)補(bǔ)縮。

        圖5 鑄造工藝模擬結(jié)果

        2 工藝試驗驗證及結(jié)果

        2.1 第一次試驗驗證

        根據(jù)工藝模擬結(jié)果,在變速箱體相應(yīng)位置放置了冷鐵和保溫冒口,見圖6.澆注溫度為1 370 ℃,澆注時間為23 s,外模涂料為醇基涂料流涂、冷鐵部位燃?xì)鈬姛艉婵尽?/p>

        圖6 變速箱體冒口和冷鐵布置圖

        第一次試驗結(jié)果表明:

        1)清理后的鑄件經(jīng)過三維掃描符合設(shè)計三維(見圖7 三維掃描對比圖);

        圖7 鑄件三維掃描結(jié)果

        2)X 射線探傷結(jié)果在工藝模擬時有縮松缺陷位置未發(fā)現(xiàn)缺陷,但在吊鉤與變速箱體接觸位置發(fā)現(xiàn)了4 級縮松缺陷(見圖8 中29 號片位置),外部厚大部位與變速箱體連接處發(fā)現(xiàn)縮松3 級(見圖8中13 號片位置);

        圖8 射線探傷圖片

        3)拋丸后的變速箱體鑄件在上型平面處發(fā)現(xiàn)表皮氣孔缺陷(見圖9),影響鑄件外觀質(zhì)量;

        圖9 表層氣孔缺陷

        4)附鑄樣低溫沖擊值為8 J、10 J、10 J,低溫沖擊不符合EN 1563.

        分析第一次試驗缺陷表明:

        1)射線探傷中13 號片及29 號片缺陷位置均在與箱體連接位置,屬于獨立熱節(jié),分析認(rèn)為此連接部位壁厚較其他無連接部位厚,須增加冷鐵加快此兩處冷卻速度,減小或消除此兩處縮松缺陷。

        2)拋丸后的表層氣孔缺陷位置在澆注系統(tǒng)對面,遠(yuǎn)離澆注系統(tǒng),分析認(rèn)為是鐵水流至該處時溫度降低,導(dǎo)致砂芯產(chǎn)生的氣體無法及時排出產(chǎn)生了表層氣孔,應(yīng)提高澆注溫度或加快鐵水流動至該處,工藝措施為提高澆注溫度,并墊高澆注系統(tǒng)一側(cè)加快鐵水流動至澆注系統(tǒng)對面。

        3)針對附鑄樣低溫沖擊不合格問題分析認(rèn)為現(xiàn)在含Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2%~2.5%,一定的Si 能促進(jìn)石墨、防止?jié)B碳體的產(chǎn)生,但Si 會提高材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度,降低韌性,措施為降低Si 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至2.0%~2.2%.

        2.2 第二次試驗驗證

        2.2.1 第二次試驗工藝改進(jìn)

        根據(jù)第一次試驗分析結(jié)果,采取措施為:1)在13 號片及29 號片位置增加鉚釘和圓鋼作為冷鐵降低該兩處的縮松缺陷(見圖10);2)提高澆注溫度至1 400 ℃,并墊高澆注系統(tǒng)一側(cè)60 mm,降低表層氣孔缺陷;3)熔煉時降低Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)至2.0%~2.2%,提高附鑄樣的低溫韌性。

        圖10 冷鐵布置圖

        2.2.2 第二次試驗結(jié)果

        1)X 射線探傷結(jié)果29 號和13 號片位置為1級,符合圖紙要求(見表1);

        表1 變速箱體探傷結(jié)果

        2)拋丸后鑄件表面無表層氣孔缺陷,鑄件表面質(zhì)量良好;

        3)附鑄樣低溫沖擊值為12 J、14 J、10 J,低溫沖擊符合EN 1563.

        3 結(jié)論

        1)使用合理的冷鐵和冒口結(jié)構(gòu),確保鑄件重要部位的內(nèi)部質(zhì)量。

        2)增加澆注溫度及墊高澆注系統(tǒng)一側(cè)可增加鐵水的流動速度,降低遠(yuǎn)離澆注系統(tǒng)一側(cè)的表面氣孔缺陷。

        3)合理的Si 含量能提高附鑄樣的低溫韌性。

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