一种油盘的[射芯机]工艺研究

介绍了一种油盘的射芯机工艺设计方案,为油盘的生产提供一种新的生产工艺。该工艺设计结合生产线的工装设备和类似零件的射芯机生产经验，通过设计计算与模拟软件结合，更切合实际生产，为大型薄壁铸铁件的工艺设计提供了一种新的设计思路，有效避免了大型薄壁铸铁件生产过程中易出现冷隔、夹砂、夹渣等铸件质量差的问题。

1 铸件简介

四川南车共享铸造有限公司生产的油盘(见图1)重1 204 kg，轮廓尺寸为2 324 mm×1 031.7 mm×651 mm，材质为HT300，小壁厚为15.8 mm，大壁厚为99 mm，要求检测本体硬度和对局部重要部位做100%磁粉检测，对铸件壁厚尺寸要求极高，公司传统射芯机工艺生产的铸件因补贴、拔模斜度问题导致重量超重，并且质量问题较多。

2 方案设计

油盘整体壁厚较薄，而且对薄壁部位的要求较高，因此浇注时必须充型平稳，避免铁液飞溅引起的铁豆、冷隔等缺陷，综上所述，决定采用底注式浇注工艺方案，浇注系统设计为开放式，根据模拟结果，调整浇注系统尺寸，控制各个内浇道流速和流量。

2.1 工艺参数设计

(1)铸件浇注时间的计算如下[1]：

t=f[G1/2+1/3(σ×G)1/3]×(2/3)n-1=35.7 s

(1)式中：t—有效浇注时间，此处取t=35 s；f—材质系数(灰铸铁f=1.0，球墨铸铁f=0.9)；G—铸件质量，kg；σ—铸件的主要壁厚(一般指薄壁厚),mm；n—浇注系统的组数或浇包个数(n≤3)。

(2)浇注系统设计。阻流截面(直浇道)计算公式如下[2]：

S阻=M/[ρtμ(2gHp)1/2]=46.7 cm2

(2)式中：S阻—浇注系统中的小断面总面积,cm2；M—流经阻流截面的金属液重量，kg；ρ—金属液密度，g/cm3；t—浇注时间，s；μ—流量系数(顶注0.8，中注0.6，底注0.45，有过滤降0.1)；g—重力加速度，cm/s2；Hp—平均静压头高度，cm。

采用开放式浇注系统，直浇道处为阻流截面，ΣF直=46.7 cm2，直浇道直径d=7.71 cm，取d=8 cm，因此，ΣF直=50.24 cm2；各浇道截面比为ΣF直：ΣF横：ΣF内=1∶2.1∶2.1，横浇道1个，截面尺寸为110 mm×96 mm，ΣF横=105.60 cm2, 内浇道5个，截面尺寸为140 mm×15 mm，ΣF内=105 cm2。

(3) 过滤网选择。为保障进入型腔的铁水纯净，避免夹渣，在各个内浇道处设计过滤网。根据公司常用的过滤网规格和过流量的关系：灰铁—4 kg/cm2；球铁—2 kg/cm2。根据浇注重量选择120 mm×120 mm×22 mm过滤网，其有效使用面积为100 mm×100 mm=100 cm2，有效过流量为100 cm2×4 kg/cm2=400 kg。5道内浇口总过流量=2 t，满足浇注重量要求。

(4) 出气设计。考虑铸件的分芯位置，在每个分芯面做出型腔的出气孔，出气孔12个，截面尺寸为80 mm×12 mm，ΣF出气=108 cm2，ΣF出气：ΣF直=2.15。

2.2 砂芯设计

考虑模具成本和射芯机实际生产操作，将油盘的砂芯分为8个版块，部分砂芯通过在芯盒中调整活料共用芯盒。其中：3#和6#砂芯共用芯盒，4#和5#砂芯共用芯盒，1#和8#砂芯共用上模，2#和7#砂芯共用上模。在每个砂芯上设计吊运结构和组芯标识。油盘的砂芯具体如图2所示。

3 模拟分析

铸件的三维铸造工艺图(底注)如图3所示，采用MAGMA模拟软件模拟的凝固结果如图4所示，铸件零缺陷，满足要求。流速和流量模拟分析显示：所有内浇道瞬时高流速均小于或等于2 m/s(见图5)，第1道内浇道流速偏低(见图6)，流量小于其他内浇道(见图7)，其中，第1～第5内浇道流量分别为：230 kg、290 kg、312 kg、308 kg、308 kg，各个内浇道流量相对均匀，均不超过400 kg，未达到过滤网的过流量极限。

4 生产验证

目前该油盘通过上述方案投入5件生产验证，5件的铸件编号分别为：642402、642403、642501、642503、642802，上述编号所对应的浇注时间分别如下：37 s、39 s、35 s、40 s、39 s，铸件清砂后外观轮廓清晰，划线鉴定尺寸符合图纸要求，性能和无损检测符合技术要求，满足了用户的需求。

5 结束语

(1) 在射芯机生产类似大型薄壁铸铁件时，浇注系统的设计要在保障铸件快速充满的同时，使整个充型过程平稳，没有紊流，并且浇注系统的引入位置要有利于铸件充型，避免冲砂。浇注系统各个内浇道的过流量需尽量保持一致。

(2) 可以利用模拟软件与设计计算相结合，优化射芯机铸造工艺设计，提高铸件工艺设计合理性。

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