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大型铸铁件的铸造工艺设计


Nodular Irons & Gray Irons

大型铸铁件的铸造工艺设计
杜瑞祥
(天津三达铸造有限公司, 天津 300251 ) 摘要: 通过分析大型铸铁件的特点, 认为其浇注工艺设计的主要原则应当是: 分散底注、 快速浇注和高温浇注; 并对各种 浇注工艺的优缺点进行了详细分析。最后用叶片环状支架、 压缩机缸体上侧、 横梁等大型铸铁件的浇注工艺实例说明采 用分散底注的浇注方式, 同时适当提高浇注温度和速度, 可以提高铸件成品率。 关键词: 大型铸铁件; 分散底注; 快速浇注; 高温浇注 中图分类号: TG244+.2 文献标识码: A 文章编号: (2009 05-0043-04 ) 1003-8345

球 墨 铸 铁 与 灰 铸 铁

Casting Method Design of Heavy Iron Castings DU Rui-xiang (Sanda Foundry Co. Ltd., Tianjin 300251, China )

Abstract: Based on the analysis of characteristic s of heavy iron castings, it's considered that their casting method design principle should be as: bottom gating with dispersed ingates, fast and high temperature pouring. The advantages and disadvantages of various casting methods were analyzed in detail, and the casting methods of some heavy iron castings such as the ring-shaped bracket of blades, top cylinder block and crossbeam of compressor and so on were taken as examples to show that it is possible to increase the rate of qualified castings by adopting bottom gating with dispersed ingates and properly increasing pouring temperature and pouring rate。 Key words: heavy iron castings; bottom gating with dispersed ingates; fast pouring; high temperature pouring

大型铸铁件的特点是尺寸大,即体积大、 质 浇注的铁液多、 壁厚相对较厚, 形状有的简 量重、 有的复杂, 缺陷种类也繁多, 这与铸铁件生产 单、 的每道工序都息息相关 (见图 1 。 ) 大型铸铁件的浇注系统设计需要掌握如下 原则: 分散底注 (分层注入效果最好) 快速浇注 , (多加出气冒口 , ) 高温浇注 (加强砂芯排气 。 )

免气体裹入, 减少金属液氧化; 同时有利于型腔

1 浇注工艺
1.1 分散底注 图 2 为采用分散底注式浇注系统生产的机 (密烘灰铸铁 C 级 , ) 抗拉 床床身, 材料牌号为 GC 强度相当于我国的 HT300。 优点为:有利于金属液平稳地充满铸型, 减 小型、 芯的冲击力和紊流现象, 防止造成冲砂, 避
收稿日期: 2009-02-02 修定日期: 2009-05-11 作者简介: 杜瑞祥 (1963.9- , 汉族, ) 男, 天津人, 毕业于天津大学 铸造工艺及设备专业, 高级工程师, 现主要从事铸造技术及质量 管理的工作。

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气体的排出与除渣, 避免各部温差过大, 减少铸 铁件收缩应力; 对长、 薄铸件, 还有利于减小变形 量, 防止裂纹缺陷发生。 缺点是: 如果充型时间过长, 金属液在型腔 上升中长时间与空气接触,表面易生成氧化皮 (快速浇注有利于弥补此弊病 ; ) 铸铁件下部温度 高, 不利于补缩 (但对灰铸铁件影响不大 。 ) 1.2 快速浇注 优点: 铁液上升速度快, 不容易氧化, 对型腔 脱落的可能性, 可 的烘烤时间短, 减小涂层开裂、 避免出现浇不足、 冷隔缺陷; 另外, 型腔内气压增 大, 迫使气体容易从铸型向外排出, 铸件不容易 产生气孔等孔洞类缺陷; 还有, 由于铸铁件各部 的温度差小, 可防止裂纹发生。 缺点:低强度类型的砂型易产生冲砂类缺 陷, 但对于树脂砂等强度较高的砂型, 影响较小; 浇注系统的截面积有所增大, 铸件工艺出品率有 所降低。 生产中常用浇注时间表示铸件的浇注速度, 浇注时间应根据铸件质量、 壁厚、 结构、 技术要求 等综合考虑而定。 1 为铸铁件浇注速度的一般 表 原则, 2 为灰铸铁件浇注时间推荐值[1]。 表
表 1 铸铁件浇注速度的一般原则 Tab.1 General principle to determine pouring rate of iron castings
浇注速度 较高 过高 较低 过低 对铸铁件质量的影响 原则要求

式中: 为浇注时间,单位为 s; L 为型内金 t G 属液总质量 (包括浇、冒口系统质量 ,单位为 ) kg; 为系数, S 取决于铸铁件的主要壁厚。 对于质量小于 1 000 kg 的铸铁件, 其浇注时 间可按 Dietert 公式计算: v= A+



δ 25.4B

姨 2.25G 姨

L

式中: 为浇注速度,单位为 kg/s; 为铸铁 v δ G 件的主要壁厚,单位为 mm; L 为型内金属液总 质量 (包括浇、 冒口系统质量) 单位为 kg; B , A、 为系数, 分别取 0.9 和 0.833。 对于质量小于 10 000 kg 的中、 大型铸铁件, 其浇注时间可按下式计算: t1=S1 姨δGL 式中: 为浇注时间,单位为 s; L 为型内金 t1 G 属液总质量 (包括浇、冒口系统质量 ,单位为 ) kg; 为铸铁件的平均壁厚,单位为 mm;1 为系 δ S 数, 1.7~2.0。 取 对于重型铸铁件, 浇注时间可按下式计算: t2=S2 姨GL 式中: 为浇注时间,单位为 s; L 为型内金 t2 G 属液总质量 (包括浇、 冒口系统质量 , ) 单位为 kg; S2 为壁厚系数, 与铸铁件的壁厚有关 (见表 3 。 ) 另外,依据生产实践,建议质量大于 1 000 浇注时间可按下式计算: kg 的灰铸铁件, t3=S3 姨GL 式中: 为浇注时间,单位为 s; L 为型内金 t3 G 属液总质量 (包括浇、 冒口系统质量 , ) 单位为 kg; S3 为壁厚系数, 与铸铁件的壁厚有关 (见表 4 。 ) 1.3 高温浇注 优点: 流动性好, 可避免由于底注而容易形 成的铸铁件残缺类缺陷,得到轮廓清晰的铸件;
表 3 系数 S2 和铸铁件壁厚的关系 Tab.3 Relationship between factor S2 and wall thickness of iron casting
铸铁件壁厚 /mm <10 系数 S2 1.1 10~20 1.4 20~40 1.7 40~80 1.9
3 3

可使金属液较快充满型腔, 能防止浇 ) 形状复 (1 薄壁、 不足, 减少金属液氧化和铸铁件各部 杂或具有大水平 的温度差, 从而避免产生裂纹 面的铸铁件, 要 对型腔冲刷力增大, 易产生冲砂 采取快速浇注; 能增大铸铁件各部温度差, 顶注时能 (2 厚实、 ) 形状简 使铸铁件的缩孔集中, 利于补缩 单的铸铁件, 宜 使型腔受热烘烤时间长, 易引起砂型 采取慢速浇注。 翘起脱落和产生裂纹、 冷隔、 夹渣等

表2

灰铸铁件推荐浇注时间[1]

Tab.2 Recommended pouring time of gray iron castings[1]
灰铸铁件质量 /kg 5~6 10~50 50~100 100~250 250~500 500~1 000 1 000~5 000 浇注时间 /s 3~4 4~9 9~12 12~20 20~28 28~40 40~85

文献[2]介绍: 对于质量小于 450 kg 的形状 复杂的薄壁铸铁件, 其浇注时间可按下面的经验 公式计算: t=S 姨GL

表 4 系数 S3 和铸铁件壁厚的关系 Tab.4 Relationship between factor S3 and wall thickness of iron casting
铸铁件壁厚 /mm <10 10~30 系数 S3 4.2 3.8 30~50 3.4 50~80 3.0 >80 2.6

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能避免裂纹、 冷隔类缺陷和气孔、 针孔类缺陷。 但 浇注温度只能根据铸铁件壁厚及结构形状适当 提高, 不是越高越好。 缺点: 容易产生粘砂缺陷和冲砂缺陷 (分散 内浇口有利于弥补此缺点 ;特别厚大铸铁件易 ) 造成组织粗大, 厚大球铁件有缩孔、 缩松倾向; 增 大石墨漂浮倾向。 对于中、 大型铸铁件的生产, 其实际浇注时 间的长短、 浇注速度的快慢, 对铸铁件的质量有 建议灰铸铁件浇注 直接的影响。依据生产实践, 温度如表 5 所示。
表 5 根据生产实践建议的灰铸铁件浇注温度 Tab.5 Pouring temperature recommended based on production practice
铸件特征 复杂的薄壁铸件 铸件壁厚 /mm <10 10~15 15~25 10~20 中等复杂铸件 20~30 30~50 形状简单的厚壁铸件 50~100 >100 浇注温度 /℃ 1 400~1 420 1 390~1 420 1 380~1 420 1 380~1 420 1 360~1 400 1 350~1 390 1 340~1 380 1 330~1 380

(2 压缩机缸体上侧 ) 图 4 为压缩机缸体 上 侧 图 , 材 料 牌 号 为 GGG40 (德国牌号, 相当于我国标准的 QT400 , ) 铸件质量 24 000 kg, 最小壁厚 60 mm, 采用常温 固化的呋喃树脂自硬砂手工造型, 内浇道设在两 侧底部,浇冒口质量 8 000 kg,浇注温度 1 380 ℃, 浇注时间 60 s。 (3 横梁 ) 图 5 为横梁,材料牌号为 GGG60 (德国牌 ) 铸件质量 41 000 号, 相当于我国标准的 QT600 , kg, 最小壁厚 50 mm, 采用常温固化的呋喃树脂 自硬砂手工造型, 内浇道设在底部侧面, 浇冒口 质量 9 000 kg, 浇注温度 1 390 ℃, 浇注时间 50 s。 (4 柴油机曲轴箱 ) 材料牌号为 GC (密烘 图 6 为柴油机曲轴箱, 灰铸铁 C 级) 铸件质量 29 000 kg, , 最小壁厚 25

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大型铸铁件浇注工艺举例
(1 叶片环状支架 ) 图 3 为叶片环状支架图,材料牌号为

GGG40 (德国牌号, 相当于我国标准的 QT400 , ) 铸件质量 25 800 kg, 最小壁厚 80 mm, 采用常温 固化的呋喃树脂自硬砂手工造型, 内浇道设在底 部侧面,浇冒口质量 4 200 kg,浇注温度 1 380 ℃, 浇注时间 50 s。

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轮毂类铸件覆砂铁型铸造工艺及设备
何芝梅, 潘东杰, 黄列群, 林方夫
(浙江省机电设计研究院有限公司, 浙江 杭州 310002 ) 摘要: 对轮毂铸件采用粘土砂湿型铸造、 冷硬树脂砂铸造、 离心铸造和覆砂铁型铸造的优缺点进行了对比, 说明采用覆 砂铁型铸造工艺大批量生产轮毂铸件的优势。介绍覆砂铁型工艺的流程及用于轮毂类铸件生产的机械化和简单机械化 铸造生产线, 以两种不同形状、 壁厚的轮毂铸件及类似铸件为例, 介绍覆砂铁型铸造工艺的应用情况。 关键词: 轮毂; 覆砂铁型; 铸造工艺 中图分类号: TG242 文献标识码: A 文章编号: (2009 05-0046-04 ) 1003-8345

Casting method and Equipment Used for Resin Sand-Coated Permanent Mould Cast Wheel Hub Castings HE Zhi-mei, PAN Dong-jie, HUANG Lie-qun, LIN Fang-fu (Zhejiang Mechano-Electrical Design and Research Institute Co. Ltd., Hangzhou 310002, China ) Abstract: The advantages and disadvantages of clay sand mould casting process, self -setting resin sand mould casting process, centrifugal casting process and resin sand -coated iron mould casting process used for wheel -hub castings were compared to show the superiority of adopting resin sand-coated iron mould casting process for mass production of wheel-hub castings. An introduction was made to the process flow of the resin sand-coated iron mould casting and the mechanized and simplified mechanized production line used for wheel -hub castings production with resin sand -coated iron mould. Several wheel-hub castings with different configurations and wall thicknesses and other similar castings were taken as examples to present the application situation of resin sand-coated iron mould casting process. Key words:wheel hub; resin sand-coated iron mould; casting process

收稿日期: 修定日期: 2008-12-24 2009-04-27 作者简介: 何芝梅 (1958.10- , 汉族, ) 女, 浙江杭州人, 毕业于上海交通大学金属材料工程专业, 教授级高工, 现主要从事覆砂铁型铸造 工艺及工装设计等工作。

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结论
对于使用强度较高的铸型生产的大型铸铁

件, 采用分散、 底注的浇注方式, 同时适当提高浇 注速度和浇注温度, 可以大大减少铸件孔眼类缺 渣眼、 ) 裂纹类缺陷 铁豆 、 (热裂、 ) 冷裂 、 陷 (气孔、 表面类缺陷 (冷隔、 浇不足) 组织及性能类缺陷 、 (孕育衰退) 的产生, 提高铸件的成品率, 减少废 品损失, 降低铸铁件加工过程中由于铸件内部缺 陷而造成的机械加工损失。 参 mm, 采用常温固化的呋喃树脂自硬砂手工造型, 浇冒口质量 15 500 kg, 浇注温度 1 400 ℃, 浇注 时间 86 s。 考 文 献

[1]李昂, 吴密.铸造工艺设计技术与生产质量控制实用手册[M]. 北京: 金版电子出版公司, 2003. [2]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册 (第 5 卷) 铸造工艺 · (第 2 版 . 北京: ) 机械工业出版社, 2002.

(编辑: 王

峰, E-mail: xdzt_wf@fawfc.com )

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