中座的無冒口鑄造

中座主要起承上啟下的作用， 大平面的導(dǎo)軌與相關(guān)設(shè)備配套，其他部位起到支撐與連接底座的作用。中座性能特點(diǎn)：在工作過程中承載的載荷較大，與其他機(jī)器部位相結(jié)合，所以整體的強(qiáng)度高，抗壓能力強(qiáng)，耐磨。零件材質(zhì)為HT250。

鑄鐵具有很好的石墨化膨脹的特點(diǎn)，在金屬液收縮后會發(fā)生石墨化膨脹來補(bǔ)縮，可以考慮實(shí)現(xiàn)無冒口設(shè)計(jì)。鑄件要保證其組織的致密度，不能有縮松、縮孔、氣孔、夾砂的存在，鑄造過程中大平面應(yīng)該朝下。

1.工藝方案的確定

1.1澆注位置

對于該鑄件而言，由于大平面要起支撐作用，所受力大，因此組織要致密；此外大平面表面還有加工軌道。為防止出現(xiàn)夾砂等缺陷，將大平面朝下放置，從頂部澆注。這樣設(shè)計(jì)，開澆道簡單方便，容易實(shí)現(xiàn)由下到上的順序凝固，保證了大平面組織的致密度。而且可以實(shí)現(xiàn)合型位置、澆注位置、鑄件冷卻位置相統(tǒng)一。從頂部注入可能對型砂有沖擊作用，我們選用了雙向緩流式澆注系統(tǒng)，減小了金屬液注入時(shí)對型砂的沖擊。

1.2分型面的確定

采用曲面造型，造型簡單，上箱起模簡單，造出砂型凸臺；下箱起模較難，需采用活塊造型。該方案下芯方便，合型與檢查尺寸比較容易。在通孔的造型過程中需要一個(gè)砂芯，該砂芯處于下砂箱；澆注位置與分型面一致，便于澆道的開取。

2.砂芯的設(shè)計(jì)

我們設(shè)計(jì)的砂芯是一種特殊的砂芯，在造型過程時(shí)造出放置砂芯兩端的型腔。一個(gè)整體砂芯1#，有兩個(gè)芯頭2#、3#。由于是二氧化碳硬化的水玻璃砂芯，由于撞砂過程砂芯不易脹大，不烘干，不留砂芯余量。起到增加零件強(qiáng)度的肋板在鑄造中精度要求較低；鑄件主要作用是起支撐作用，在鑄造過程中要盡量減少氣孔、縮孔、縮松等缺陷情況的出現(xiàn)。

3.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1澆注系統(tǒng)類型的選擇

結(jié)合鑄件形狀要求，選擇頂注雙向緩流式澆注系統(tǒng)。頂注式可以實(shí)現(xiàn)順序凝固得到致密的組織。

3.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.2.1澆注系統(tǒng)各部分尺寸計(jì)算

對于重量小于1000kg的鑄鐵件，其叫澆注時(shí)間可按迪臺爾特（Dietert）公式計(jì)算：

■

v:澆注速度（kg/s）

G:型內(nèi)金屬總質(zhì)量（包括澆注系統(tǒng)）（kg）。

δ:鑄件的壁厚（cm）

A:系數(shù)（鑄鐵為0.9）

B:系數(shù)（鑄鐵為0.833）

綜合考慮后取t=28s.

經(jīng)查閱《鑄造手冊（5卷）》第二版P522表6-78，鑄件高度為250mm，鑄件全部位于下型時(shí)，HP=40cm。

■

將內(nèi)澆道截面作為阻流截面，總截面積比：ΣS內(nèi): ΣS橫: ΣS直=1 : 1.1～1.5：1.2～1.25。查詢《鑄造手冊（5卷）》第一版P263：ΣS內(nèi)=24cm2、ΣS橫=30.16cm2、ΣS直=28.26cm2 。

3.2.2澆注系統(tǒng)各部分尺寸

（1）澆口杯：澆口杯主要是儲存金屬液，在凝固過程中能起到一定的補(bǔ)縮作用。經(jīng)查閱《鑄造手冊（5卷）》第一版P277表3-220 池形澆口杯尺寸，A=320mm、B=200mm、l=110mm、H=155mm、m=15mm、h=45mm、d=50mm、R1=25mm、R=30mm。最大可儲存金屬液約為60kg。

（2）內(nèi)澆道：單個(gè)S內(nèi)=6.0cm2、ΣS阻=24cm2。欲實(shí)現(xiàn)無冒口設(shè)計(jì)，為補(bǔ)償二次收縮，需要石墨化膨脹引起的壓力。只有內(nèi)澆道完全凝固后才能產(chǎn)生壓力，因此內(nèi)澆道要薄，厚度b約為13～16mm的內(nèi)澆口符合要求。內(nèi)澆道的截面盡量是矩形的，其寬度a大約是厚度b的4倍，其長度等于或超過寬度。

（3）橫澆道： A-A截面和B-B截面，該橫澆道上部分與下部分搭接的長度x=36mm。

ΣS橫=30.16cm2 SA-A=15.08cm2 SB-B=13.8cm2

（4）直澆道：S直=28.26cm2

4.出氣孔和冒口的設(shè)計(jì)

4.1 實(shí)現(xiàn)無冒口設(shè)計(jì)的條件及要點(diǎn)

（1）為了從澆注完畢的一瞬間一直到共晶凝固開始獲得液體膨脹，澆注溫度在1300～1400℃。

（2）鑄件的主要部分的模數(shù)必須是2.5厘米或更大，沒有上限。

（3）為了獲得液體膨脹，鐵水的冶金質(zhì)量應(yīng)有利于是石墨的析出。這就要求比較高的碳當(dāng)量，最好在4.20在4.25（SC=0.97或0.99）之間；低的錳含量，最高位0.2%，良好的孕育措施，有充分的根據(jù)，可稱他為最重要的變量。

（4）為補(bǔ)償二次收縮，需要石墨化膨脹引起的壓力。然而，只有內(nèi)澆道完全凝固后才能產(chǎn)生壓力，為此內(nèi)澆道要薄，但是不能薄到澆注時(shí)內(nèi)澆道就凝固，厚度b約為13～16mm的內(nèi)澆口符合這兩方面的要求。內(nèi)澆道的截面盡量是矩形的，其寬度a大約是厚度b的4倍，其長度等于或超過寬度。

（5）壓力（當(dāng)液體膨脹是可達(dá)到最大值）應(yīng)很高，要幾倍的大氣壓力。

4.2 出氣孔及冒口的尺寸設(shè)計(jì)

4.2.1 出氣孔的尺寸設(shè)計(jì)

該鑄件的出氣孔應(yīng)按在4個(gè)圓形凸臺和中間大環(huán)形面上。根據(jù)鑄件凝固過程設(shè)置6個(gè)出氣孔，4個(gè)環(huán)形凸臺上各2個(gè)，中間大環(huán)形面對稱4個(gè)。結(jié)合無冒口設(shè)計(jì)條件，設(shè)置氣孔直徑為15mm。

4.2.2 冒口的尺寸設(shè)計(jì)

對于鑄件而言，由于各部分冷卻速度不同，在凝固的某一時(shí)刻，一部分不再收縮，一部分已進(jìn)入了石墨膨脹 ，時(shí)間是同時(shí)的，鐵水是相通的，這時(shí)的膨脹才有可能疊加相抵。當(dāng)它們在宏觀上收縮與膨脹的量相等時(shí)，稱這個(gè)時(shí)刻鑄件進(jìn)入了均衡凝固，冒口的補(bǔ)縮作用，只存在鑄件完全由石墨析出來之前的一段時(shí)間，而達(dá)到均衡凝固之后，鑄件完全由石墨析出產(chǎn)生的膨脹來補(bǔ)償。因此鑄件與外界聯(lián)系的通道必須切斷，并要求有剛硬的鑄型和上下箱把緊，故采用干砂型鑄造，避免型腔外移、膨脹。如果工藝條件促使?jié)沧⒅蠹撮_始均衡凝固，就可實(shí)現(xiàn)無冒口鑄造。

選擇模數(shù)M=2.13cm的安全冒口，冒口總質(zhì)量G=19.0kg，質(zhì)量小于鑄件總質(zhì)量的2%.盡量減少冒口的質(zhì)量和數(shù)量，減少成本。冒口的切除比較容易。

5.工藝出品率

工藝出品率為90.19%。

【參考文獻(xiàn)】

［１］鑄造手冊，第5卷：鑄造工藝/中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造專業(yè)學(xué)會編.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

［２］鑄造工程師手冊/鑄造工程師手冊編寫組編.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.12.

［３］張伯明主編，鑄造手冊.第1卷，鑄鐵；中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會組編.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.11.

［４］鑄造工藝及應(yīng)用/呂振林等編著.北京：國防工業(yè)出版社，2011.1.

［５］[美國]S.I.卡塞.灰鐵和球鐵件冒口設(shè)置方法(論文).

［６］梅文光，虞明.均衡凝固理論在我廠生產(chǎn)中的應(yīng)用（論文）.

［７］張?jiān)平埽?陳鋒正編著UG NX 6.0中文版零件與裝配設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社，2010.

［８］鑄工實(shí)用手冊/沈濟(jì)民，陸用偉編著.南京：江蘇科技技術(shù)出版社，2002.11.