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淺談熔模鑄件澆注系統設計
來源: | 發布時間:2016/4/13 19:32:29 | 瀏覽次數:

     計算方法只能作為對典型鑄件的技術分析,實際應用的可操作性并不強。在實際工作中工藝人員往往還是根據實際工作經驗和工藝試驗來確定。本文對熔模鑄件澆注系統的設計經驗做——些歸納,希望起到拋磚引玉的作用。

一、澆注系統的作用

與其他鑄造方法相比,熔模精密鑄件的澆注系統具有更多的功能和作用,概括起來主要有以下幾個方而:

    l、充型通道:保證金屬液能夠平穩順利地充填型腔,獲得符合規定尺寸和幾何形狀的鑄件。

    2、補縮通道:保證在內澆口凝固之前為鑄件凝固收縮部位提供足夠的液態金屬補縮。

    3、脫蠟通道:使脫蠟時蠟液能夠順利地從模殼的型腔排出。

    4、調節鑄件熱分布:調節鑄件各部位的溫度差,建立合理的溫度梯度,控制鑄件凝固順序。

    5、排氣與集渣:使液態金屬中的氣體和夾雜物能夠在鑄件凝固前浮至澆注系統中。

    6、集成制殼澆注:將多個鑄件聯結在一起制殼和澆注,以利提高生產效率,降低生產成本。

    澆注系統的基本功能包括排蠟、充型和補縮。熔模鑄造工藝中很少單獨設置冒口,補縮便成為熔模鑄造工藝設計中,最重要并最具技術性的功能。

    二、澆注系統設計的主要內容

    熔模鑄造的澆注系統主要包括澆口杯、直澆道、橫澆道和內澆道三個部分,特殊鑄件可能還需要設置冒口。澆口杯與直澆道或橫澆道常被設計成系列化的整體澆注系統(俗稱為 “模頭”)供平常選用,內澆道一般是隨鑄件開在模具上。因此工藝人員日常要面對的問題主要有兩個:一是確定內澆口的分布位置、數量、尺寸等:二是選擇合理的模頭和組樹方案。由于內澆口的分布涉及到鑄件和模具結構,內澆口的設計是鑄件工藝設計需要首先考慮的問題。

三、鑄件澆注系統設計需要考慮的主要因素

澆注系統與鑄件質量、生產效率和成本密切相關,需要從技術和經濟兩個層面綜合考慮,目標是以最高的效率和最低的成本生產出合格的鑄件。需要考慮的主要因素有以下幾點:

    1、保證足夠的充型和補縮能力。避免產生縮孔、縮松等鑄造缺陷,生產合格鑄件是澆注系統設計的首要技術原則。澆口的位置、數量、大小應滿足鑄件補縮要求,有利于形成合理的凝固順序、補縮壓力和補縮通道。澆注系統的設計一般應符合順序凝固原則,澆口的位置應設置在可能產生縮孔或縮松的熱節區或厚大部位附近,使該處在凝固時能夠獲得液態金屬的補充。對內部縮松要求不嚴格的鑄件的均勻薄壁鑄件可采用同時凝固原則,避免形成集中縮孔。在允許的條件下,也可將縮孔轉移至非重要部位的心部,避免出現在鑄件表面。

    2、保證合理的工藝出品率。工藝出品率對生產效率和成本的影響十分顯著,這是澆注系統設計需要考慮的重要經濟原則。工藝出品率越高效率越高、成本越低,在保證質量的前提下應盡量提高工藝出品率。但過高的工藝出品率會降低澆注系統的補縮能力,工藝出品率和補縮能力必須兼顧,通常熔模鑄造的工藝出品率在40~60%的范圍內。

    3、有利于制殼操作和干燥。澆注系統設計應考慮制殼時操作方便,不易掉件,多余漿料能夠順利排除,小孔或窄槽沾漿、掛砂和干燥不受影響。

    4、有利于脫蠟時順利排出蠟液。內澆口面積過小或位置不當都會導致排蠟困難,蠟液不能順利排出還可能導致模殼脹裂。蠟殘留在模過殼中不僅造成浪費,如果蠟不干凈或灰分高還容易產生鑄件夾砂、碳污等缺陷。必要時需要考慮增加輔助排蠟通道。

    5、有利于切割、打磨、整形等后工序的操作。切割或打磨不方便,不僅降低生產效率,還可能導致切傷或磨傷鑄件。如果澆口設置在整形基準面,打磨稍有不平就會影響整形基準,必要時就需要整形工裝避開澆口位置。澆口根部要留出足夠的打磨參考面,以避免打磨過量或澆口殘留過多。在滿足工藝要求的前提下,澆口的截面積應盡可能小,以減少切割和打磨工作量。澆口截面形狀應盡量避免尖角,尖角澆口對砂帶的損傷很大,而且容易劃傷鑄件。

    6、有利于保證鑄件尺寸和表面質量,澆口一般都是用砂帶打磨的方法去除的,除非增加精磨工序,否則難以保證尺寸精度。應盡可能將澆口設置在待加工面或不重要的表面,尺寸或表面質量要求嚴格的位置以及加工裝夾基準面不宜設置澆口。

   7、有利于消除或減輕鑄件變形。澆口位置會影響鑄件凝固順序和收縮中心等,使鑄件各部位收縮不均衡,影響鑄件變形。掌握這種影響規律,澆注系統設置得當可以減輕鑄件變形。有時澆注系統還可以起到防變形拉筋作用。

    澆口位置還會影響鑄件的溫度分布,改變鑄件的收縮中心和收縮阻力,從而引起尺寸收縮率的變化。以圖1為例,澆口位置分別在A處和B處時開襠尺寸的蠟模收縮率分別為0.74%和0.80%,澆鑄20號鋼時蠟模到鑄件的收縮率分別為1.0l%和1.40%。由于澆口位置改變導致開檔尺寸92的變化達0.4毫米。

    8、避免加大熱節或局部過熱。由于澆口的出現有可能使鑄件本身的熱節加大,從而加重了補縮負擔,在選擇澆口位置時應盡量避免這種情況。不要讓澆口正對薄壁孔、薄筋或凹槽位置,以免鋼水直接沖擊型芯造成局部過熱產生縮孔。采用順序凝固工藝時,澆口位置和大小應有利于建立合理的溫度梯度;對于按同時凝固原則澆注的鑄件,其組樹方案要避免散熱不良導致局部過熱出現集中縮孔。

    9、內澆口根部應圓滑過渡。澆口根部的尖角容易導致金屬液呈現紊流使充型不平穩,同時鑄件還容易在澆口尖角部位呈現縮陷痕跡。

    10、澆注系統設計需要與鑄件設計相結合。有些鑄件由于結構上的問題,單靠改變澆口不能完全消除鑄造缺陷,可以與客戶協商改變鑄件結構或增加工藝補貼。

    四、澆口截面積與鑄件重量的關系

    嚴格地講澆口面積主要取決于熱節的大小。但一般來說,在凝固順序合理的情況下金屬凝固所需的補縮量與鑄件體積或重量有關。如何判斷澆口面積是否正常,筆者通過對近百種不銹鋼鑄件的澆口截面積的統計分析得出單位重量澆口面積A與鑄件重量w的關系。

 
 
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