大型加工中心超长床身灰铁件的铸造工艺设计.pdf

圆园24/2现代铸铁2021：47.2李喜艳，刘守科，梁尔松，等.轻型载货汽车车厢和主车架连接方式探讨J.重型汽车，2016（2）：17-18.3潘守江.混凝土搅拌车主车架与副车架连接方式的优化设计J.商用汽车，2011（12）：66.（编辑：吕姗姗，E-mail：xdzt_）收稿日期：2023-11-08修订日期：2024-03-13作者简介：王艳茹（1986.2），女，汉族，宁夏银川人，毕业于大连理工大学工商管理专业，主要从事铸造过程质量控制工作。大型加工中心超长床身灰铁件的铸造工艺设计王艳茹，于苏杭，刘志汉（共享装备股份有限公司，宁夏银川750021）摘要：介绍了大型超长床身铸件的结构及技术要求，从模具材料选取、分型面选择、浇注系统设计及造型工艺等方面阐述了该铸件的生产工艺，经实际生产验证，铸件未发现错箱现象，床身变形量控制到 5 mm 以内，铸件也没有出现裂纹、气孔及夹砂等问题，铸件硬度符合技术要求。最后指出：对于大型超长床身铸件，选择先封闭后开放式浇注系统，在不用过滤网的情况下，也能达到浇注系统挡渣和减小内浇道流速的作用；模型分两段制作有利于大型超长床身挠度的控制。关键词：灰铸铁；超长床身；铸造工艺中图分类号：TG251文献标志码：B文章编号：员园园猿原愿猿源缘（圆园24）园2原园园43原04Casting Method Design of Large Supper Long Machining Center Gray Iron BedWANG Yan-ru，YU Su-hang，LIU Zhi-han（Kocel Machinery Co.,Ltd.，Yinchuan750021，China）Abstract：The structure and technical requirements of a large supper long machining center bed was introduced.The productiontechnology was described in respects of pattern tools materials selection，mold parting surface selection，gating system designand molding process.After practical production verification，no mold shift being occurred，deformation of bed body was controlledless than 5 mm，no cracking，blowhole and sad inclusion defects，hardness of the casting met technical requirement.Finallypointed out：for the large supper long machining center bed，selecting at first unpressured，then pressured gating system，underthe condition of no filter，the gating system also could skim slag and reduce the flow velocity in ingates.The model was madein two sections was favoring to control the bending of the large supper long machining center bed.Key words：gray iron；supper long machining center bed；casting method大型超长床身铸件的长度在 7 m 以上，其结构简单，多为单层内腔，附有 23 条的水平导轨，导轨之间形成一个“U”字型排屑槽空刀，底面均匀设置多个地脚板，用来紧固床身，铸件结构如图 1 所示，铸件材料牌号为 HT300，铸件最大外形尺寸为 8 500 mm伊1 100 mm伊700 mm，主体壁厚 30 mm，单个铸件质量为 125 000 kg。技术要求：铸件不允许变形，即平直度在 5 mm 内，导轨不能出现气孔等缺陷，其他尺寸要求在 CT10 级尺寸级别，排屑槽不能漏油，铸件不能出现裂纹，铸件布氏硬度为 175210 HB。1铸造工艺方案1.1模具材料选取目前这种大型加长床身市场需求量较大，结合笔者公司的树脂砂铸造工艺，考虑到使用金属Casting Method43现代铸铁 圆园24/2图 猿封闭式浇注系统Fig.猿Pressured gating system图 4开放式浇注系统Fig.4Unpressured gating system图 1大型超长床身铸件结构Fig.1Structure of large supper long machiningcenter bed casting模成本太高，为了使模型使用寿命较好，采用钢木混合结构，由于模型太长，如果带模板，模板长度要达到 10 m 以上，放置在厂区严重占用场地资源，因此取消模板。另外，取消模板后，降低了模型制作挠度的难度，带模板的模型挠度需要做到分型面上，如果挠度设计不合理，修改模型就很困难，若不带模板，挠度可以根据上一工件的生产情况较容易地进行修改，从而增大工艺改进空间，只需要将模型做成钢木混合结构来保证模型强度即可，这样既能满足模型刚度要求，便于模型转运和存储，还可提高模具使用寿命，大幅度降低成本。1.2分型面的选择分型面的选择非常重要，分型面选择不当，会影响铸件尺寸精度、生产效率以及生产成本。此类铸件基本有两种分型方案，如图 2 所示1-5。方案一：将分型面设置到底面毛面空刀部位，这样分型虽然降低了模型高度，活料较多，但尺寸稳定性不好，需要在下箱后，将底面加工凸台活料全部对料，增加操作难度，同时还会出现错箱造成外观不合格的问题。方案二：将整个模型都放到底箱，与方案一相比，模型规整性好，外观面不会出现披缝，可保证尺寸稳定性和外观质量，生产效率也有所提高，没有放置底面活料的铸造过程。由此可见，方案二的优点更多，故选择方案二造型工艺。由于铸件尺寸较大，底面又带有较多方孔，为了防止错箱，造型过程需要附加防错箱措施，即每件造型需要放置铁箱锥套。1.3浇注系统设计选择底注式浇注系统，减少飞溅与空气卷入，型腔中的气体也会很容易排除。根据浇注系统内浇道进流位置，设计 3 种底注式进流方案。方案一：浇注系统设计成封闭式（如图 3 所示），挡渣效果的确更好，内浇道流速很高，虽然取消了过滤网的设置，可以降低部分成本，但是容易出现冲砂现象。方案二：将浇注系统设计成开放式，内浇道面积增大，考虑到开放式挡渣效果不好，在设计时又附加了过滤网，选择尺寸为 150 mm伊150 mm伊40 mm 的碳化硅过滤网，如图 4 所示。方案三：浇注系统设计成先封闭后开放式，阻流断面在内浇道和横浇道连接部位，这种浇注系统可以省去过滤网的放置，通过增大内浇道出图 2分型方案Fig.2Mold parting scheme下上下上（a）方案一（b）方案二铸造工艺Casting Method44圆园24/2现代铸铁图 6超长床身工艺挠度的控制Fig.6Bending control of supper long machiningcenter bedABCD挠度垫板高度 E（b）A2A1B1C1B2C2D1D2（a）图 5先封闭后开放浇注系统Fig.5At first unpressured，then pressured gating system口部位面积，减小内浇道流速，防止内浇道的冲砂，同时还起到了很好的挡渣效果，如图 5 所示。3 种浇注系统的实际工艺参数如表 1 所示，可见，先封闭后开放的浇注系统效果相比较最好，既能在不用过滤网的情况下完成浇注系统的挡渣，又使内浇道的流速降低，避免了内浇道的冲砂。在浇注系统设计中将内浇道均布到两条导轨上，保证型腔同时充型，避免在充型时铁液出现紊流，防止导轨出现气孔，铸件浇注质量为 15 300kg，内浇道阻流面积为 11 535 mm2，由于内浇道是变径浇注系统，内浇道出口面积为 23 550 mm2，浇注时间 90 s，内浇道出口速度为 1 m/s，符合内浇道速度的最大极限要求。2造型工艺2.1水平铁平台上造型笔者公司有现成的水平铁平台，将床身两端分开的模型放到铁平台上，将其中间对接整齐，同时中间垫工艺挠度垫板，其厚度为 E mm，再用卷尺检查模型四角顶面到水平铁平台的距离，即A1 mm 和 A2 mm 以及 D1 mm 和 D2 mm 高度，A1 mm 和 D1 mm 尺寸相等，A2 mm 和 D2 mm尺寸相等，如果符合图纸高度，误差控制到 1 mm，再进行下一步检查中间模型高度，模型中间高度B1 mm 和 C1 mm 相等，高度为 B1=C1=A1+E，误差控制到 1 mm，模型中间高度 B2 mm 和 C2 mm相等，高度为 B2=C2=A2+E，误差控制到 1 mm，如图 6 所示，通常超长床身挠度一般为床身长度每增加 1 000 mm，挠度设计 E 值就增大 1 mm，这样可以按照床身长度预算出 E 值。再用线绳将其导轨校直，A 和 D 两端不动，移动 B、C 两点，保证导轨 A、B、C、D 四点在一条直线上。2.2普通场地造型普通场地由于地面不平，模型放上很难将四角校平，对此要借用水平仪，将模型 A、D 两端四角底面采用垫垫块的方法校正到一个平面，在 B和 C 两处使用垫块，保证 B、C 两处高度等于 A、D 高度加挠度高度，再用直线绳检查导轨直线度，保证导轨直线度公差依1 mm。3铸件成分和结构对挠度的影响对于 HT300 床身，由于材料牌号越高，碳含量越小，石墨化膨胀作用会越小，从而使得铸件凝固时出现的线收缩变化会更明显。同时铸造工艺设计时经常将导轨放在底面，导轨又是厚大端面，凝固时比顶面晚，使铸件顶面和底面线收缩量不一致，从而造成铸件变形。为了生产出合格浇注系统种类开放式封闭式先封闭后开放撞F直:撞F横:撞F内1:2:22:1:0.81:2:0.8内浇道出口速度/m s-10.921是否用过滤网挡渣是否否冲砂情况较轻严重较轻表 13 种浇注系统的实际工艺参数Tab.1Actual technological parameters of 3 sorts gating systemCasting Method45现代铸铁 圆园24/2一种燃机件M 进气缸上部的铸造工艺设计陈洪涛，马秉平，马少峰（共享装备股份有限公司，宁夏银川750021）摘要：介绍了球墨铸铁 M 进气缸铸件的结构及技术要求，详细阐述了该铸件的铸造工艺，利用数值模拟软件辅助分析铁液充型及凝固情况，经过工艺优化后，成功生产出符合技术要求的铸件，最后指出：（1）M 进气缸铸件采用开放式浇注系统，将内浇道的进流速度小于 1 m/s，可减少铸件夹渣，铸件外观质量良好；（2）通过调整球化剂的加入量，控制残余镁量，可以较好地改善进气缸的夹渣问题；（3）对于 M 进气缸铸件，浇注温度选择 1 3201 340 益的温度上限，对缩松没有产生比较明显的影响。关键词：球墨铸铁；M 进气缸；燃机；计算机模拟中图分类号：TG255文献标志码：B文章编号：员园园猿原愿猿源缘（圆园24）园2原园园46原06Upper Part Casting Technology Design of M Inlet Cylinder Used for Gas TurbineCHEN Hong-tao，MA Bing-ping，MA Shao-feng（Kocel Machinery Co.,Ltd.，Yinchuan750021，China）Abstract：An introduction was made to the casting structure and technical requirements of a nodular iron M inlet cylinder，adetail description was made to its casting technology.By help of numeral simulation software，the iron liquid filling mold andsolidification situation was analyzed.After casting technology optimization，the castings meeting the technical requirementswas successfully produced.Finally，point out：（1）By using unpressured gating system to reduce the entering velocity of ingateto less than 1 m/s，it was possible to reduce casting slag inclusion，and obtain good outer surface quality of casting.（2）Byadjusting nodularizing alloy adding amount to control residual Mg content，it was possible relatively better improved the slaginclusion defect of the inlet cylinder.（3）For the M inlet cylinder casting，selecting the upper pouring temperature limit of 1 3201 340 益 had no obvious influence to shrinkage porosities defects.Key words：nodular iron；M inlet cylinder；gas turbine；computer simulation的超长铸件，铸造工艺上需要设计挠度，经过长期铸造生产，数据统计得出，HT300 超长床身挠度（mm）=床身长度（mm）/1 000，得出预测的挠度值，根据首件生产验证，固化化学成分和挠度值，从而保证生产出合格的批量件。模型分两段制作，有利于大型超长床身挠度的控制4生产验证按照上述工艺进行生产，从投产至今未发现铸件错箱现象。床身变形量控制到 5 mm 以内，铸件也没有出现裂纹、气孔及夹砂等问题，铸件硬度符合技术要求。5结论（1）对于大型超长床身，选择先封闭后开放式浇注系统，在不用过滤网的情况下，也能达到浇注系统挡渣和减小内浇道流速的作用。（2）模型分两段制作，有利于大型超长床身挠度的控制。参考文献1宁显润.机床床身铸件铸造工艺的开发与设计J.铸造设备与工艺，2020（3）：20-25.2时俊杰，董彦刚，崔景旭.灰铸铁飞轮铸件的工艺设计及开发J.现代铸铁，2023（1）：11-14.3贺关水，王光见，曹刚，等.开箱时间对灰铸铁制动盘铸态组织的影响J.现代铸铁，2023（1）：18-22.4何长义，潘骏，苏少静，等.一种发动机气缸盖的铸造工艺J.现代铸铁，2023（3）：16-19.5刘宇，李连杰，张宝权.防止高强度灰铸铁气缸盖缩松缺陷的工艺研究（1）J.现代铸铁，2023（3）：20-25.（编辑：吕姗姗，E-mail：xdzt_）铸造工艺Casting Method46