偏心齿轮的铸造工艺设计

偏心齿轮的铸造工艺设计
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摘要：偏心齿轮结构复杂，存在多个腔室，且腔室狭小，容易产生粘
砂缺陷。

并且存在多个“+”字筋热节，并且补缩通道不畅，容易产生缩孔、裂纹缺陷，通过修改设计结构、优化铸造工艺参数，消除了铸造缺陷。

得到了质量优良的铸件。

关键词：粘砂；缩孔；工艺参数
0引言
偏心齿轮是压力机上的核心部件，它的质量的好坏关系到整个压力机
的正常工作，特别是它的齿轮部位要经受长时间的咬合，力学性能指标要
求很高。

偏心齿轮结构复杂，不利于顺序凝固，存在多个分散的热节，并
且内部质量要求高，铸造有一定难度，容易出现质量问题。

1偏心齿轮的结构分析
偏心齿轮的三维图（见图1），底面是个大圆盘。

上部有个偏心圆筒，中部浮板及立筋把内腔分成8个小内腔，中间是一个轴通孔，此偏心轮材
质ZG35CrMo，属于中碳低合金钢，此材质铸造性能较差，属于中间凝固
方式，容易出现缩松、裂纹缺陷。

通过分析铸件结构发现，此铸件存在如下3个铸造难点：1、从冒口
对底部大圆盘补缩通道呈"L"形，补缩距离过长，圆盘可能存在内部缺陷。

2、下部4个内腔孔容易出现粘砂，并且可操作空间狭小，清砂困难。

3、
偏心圆筒中的浮板和立筋交接处的“十”筋是热节区，容易出现缩孔缺陷。

2工艺设计
造型方法选择主型木质实样+组芯，分型面选在轴头的上表面，选择
呋喃树脂砂做型砂，面砂是铬矿砂，背砂是石英砂。

考虑到四个内腔空间
狭小，并且只有侧面的出砂孔，容易产生粘砂缺陷，在制造此4个内腔芯
时选用粘砂倾向较小的碱酚醛树脂砂撞制。

涂料使用优质的醇基锆英粉，
并保证涂料层厚度为2mm左右。

针对底面大圆盘远离冒口补缩困难的情况，在大圆盘的外边缘底面放置一圈直接外冷铁，实施末端冷却，加大温度梯度。

并且将中间轴孔铸死一定高度，铸成盲孔，加宽对底部的补缩通道，
形成了开口向上的补缩通道。

对于中间轴盘的3个“+”筋热节，两侧热节上表面放置分别放置了
暗冒口，并在暗冒口下放置了补贴，中间热节部位放置了两块随圆外冷铁，加快此部位的冷却，消除此热节的影响。

具体工艺（见图2）所示。

采用底返式浇注系统，内水口选择φ604道，内水口位于下轴头底面，横水口尺寸为φ100，包孔为φ601道，开放度为1：4。

浇注温度为1540℃-1555℃。

钢水采用真空精炼，对气体及残余元素进行严格控制。

当冒口根部温度降到300℃时，打箱起坑。

铸件经过精整及UT探伤发现，浮板没有发现超标缺陷，问题得到了
有效解决，但是4个腔室粘砂还是十分严重，清除粘砂非常困难。

并且在
暗冒口下的热节部位经过超声波探伤发现了缩孔缺陷。

3工艺设计改进
从铸件的结构发现，下层4个腔室四周均与被钢水所包围，只有一个
狭小的底面作为出砂孔，并且上面有暗冒口，砂芯长时间与钢水相接触，
导致砂芯烧结，出现了粘砂问题。

解决粘砂问题，最有效的办法是修变铸
件的不利结构。

采取的方案是在铸造时，上层的4个三角形衬板不铸出，
在铸件精整时用同材质或相近材质钢板再后焊上去。

4个衬板去除之后，
上下砂芯合为一块，这样既可以减少砂芯的受热面，并且合为一块芯后，
有利于砂芯的固定和保证尺寸精度，同时又利于砂芯向上排气，容易将热
量快速排出，加快了冷却速度，减小了粘砂的倾向。

暗冒口下出现缩松的位置是剖面“丁”字筋的交叉处，在工艺设计时
虽然在暗冒口下设置了补贴，但还是出现了缩松问题。

经过多次计算发现，设置补贴不合理，只是设计成简单的斜线结构（见图3）。

分析发现在丁
字筋处热节圆半径为R96，而仅靠丁字筋上部热节圆半径为R91。

此部位
早于丁字筋先凝固，丁字筋最后凝固，丁字筋处没有钢液对其进行补缩，
导致此处出现缩孔缺陷。

需要重新设置补贴形状。

如图4所示，补贴最低
点上移，有效减小了丁字筋处的热节，丁字筋处的热节圆半径减小到R90，而补贴底部采用曲线样条，有效增大了相邻部位的热节圆，仅靠丁字筋热
节圆部位半径为R92。

以上热节圆采用上个热节圆直接是下个热节圆直径
的1、05倍的方法重新校正补贴形状。

最大的热节圆滚在冒口内。

4结语
经过工艺的优化，生产的偏心轮表面质量很好，并且腔室内没有出现
粘砂缺陷，铸件的成分及力学性能满足要求。

经过UT探伤，暗冒口下的“丁”字筋也没有出现缩孔缺陷，取得了预期效果。