板类结构铸钢件平浇冒口设计的探讨

图 7。
下。
在直角三角形 OPO)中, 有 OP = T 1+ R ; PO)
1 作图法 板类结构铸件可归纳为平板形, ! T ∀ 形和 ! L ∀ 形三种结构形式。 (1) 平板形结构 在平板顶面上任取一点 O,
= T 2/ 2 + R ; O O)= drmax/ 2 + R , 由勾 股 定理 得: OP2+ PO)2= OO)2。于是
二、腰形冒口的工艺设计
利用热节圆法进行冒口设计时, 在平浇板类结构 铸件腰形冒口根部形成的接触热节, 其值 dr 随着冒 口宽度 b 增大而增大。当 b 增大到一定值时, d r 达 到极大值, 继续增大 b 值, 则内切圆消失, 接触热 节也随之消失, 见图 3。
( a) b< d r
( b) b= d rma x 图 3 平浇板类结构铸件冒口大小对接触热节的影响
M 冒= V 冒 / S 冒=
( 4 b2 h + b2 h ) / ( bh+ 2bh ) ∃ 0 35 b ( 2) 将式 ( 1) 和式 ( 2) 整理可得
b= 1 71T
( 3)
根据热节圆理论, 可在冒口与铸件交接处, 作一
个热节圆, 见图 1, 此热节圆被称为接触热节, 可按
下式计算其直径 d r。
2 公式法
d rmax= 2 ∗ ( T 1+ R ) 2+ ( T 2/ 2+ R ) 2 - R +
( 10) 式中 T 1, T 2 ( ( ( 板厚, mm
(3) ! L ∀ 形结构 在图 6 基础上, 同理可作出 直角三角形 OPO), 见图 8。
在直角三角形 OPO)中, 有 OP = T 1+ R ; PO)
铁型覆砂的特 点, 铸件内、外废品率由 砂型铸造的 26 5% 下 降到 12 1% ; 铸 件毛 坯 加 工 余 量减 少 到 4 5mm , 从而提高了产品 的竞争力。如 果按目前年 产 6000 件 6105 曲轴的生产计划进行核算, 将比原来 节约资金达 27 3 万元, 具有明显的经济效益。
一、工艺分析
假定一大平板铸钢件厚 度为 T , 工 艺采用水平
浇注、腰形冒口, 且冒口的长、宽比定为 a#b = 2#1
( a 为长度, b 为宽度) 。采用模数法设计冒口
M 冒= 1 2M 件
( 1)
式中, M 冒 为冒口模 数; M 件 为 铸件模数, 且 M 件 = T / 2。
假设冒口高度 h b, 则冒口模数为
d rmax= ∗ ( 100+ 80) 2+ ( 140+ 80) 2- 802) + / ( 140+ 2 , 80) = 248 ( mm)
( 2) 初步确定冒口尺寸 根据公式 ( 8) 可求出 冒口的长度、宽度和高度。
b = 1 0 5 d rmax + 3 0 = 1 0 5 , 2 4 8 + 3 0 =
% 18 %
离心铸造缸套渣孔缺陷及防止途径; 汽车铝合金进气歧管的在线动态凝固测验与缺陷 分析; 应用多内切圆法确定铸件缩孔位置及模数; 氢含量对中硅耐热铸铁脆性的影响; 热处理工艺对微量 Fe、Nb 低铬球铁力学性能的 影响; 带有体收缩敏感部位的高 Si/ C 铸铁件工艺的改进; 无芯工频感应电炉固体铁保温技术。
式 ( 7) 即热节圆法设计腰形冒口的条件式。对于给
定的铸件, 首先求出 d rmax值, 然后按照下式
b= ( 1 05~ 1 1) d rmax+ 30mm
( 8)
圆整 b 值, 即可得到冒口宽度的大小。
采用热节圆法设计冒口, 关键在于求出 d rmax值,
求解方法有二 种, 即作图法 和公式法, 分别介绍如
O 落在平板顶面上, 并切于底面, 于是
drmax / 2= T
即
drmax = 2T
( 9)
式 ( 9) 即为平板结构计算式。
(2) ! T ∀ 形结构 在图 5 的基础上, 设过渡圆 弧的圆心为 O), 连接 O)O , 过 O)点作 T 2 截面中心 线的垂线, 交点为 P, 作出直角三角形 OPO), 见
节直径 d r> b, 故 冒口先于热 节凝
固, 而造成冒口根 部形成 二次缩 孔、
缩松, 见图 2。 对于工艺设置
的圆柱形冒口, 假
设 h d ( d 为冒
口直径) , 则冒口
模数为 M冒 = V 冒/ S冒=
图 1 平板铸件冒口根部 形成的接触热节
( / 4) d 2 h/ ( dh) = 0 25d
冒口补缩铸件, 见图 9 ( 图中所注尺寸均为铸件毛坯 尺寸, 单位: m m) , 其冒口设计步骤如下:
图 5 ! T ∀ 形结构铸件简图 图 6 ! L ∀ 形结构铸件简图 图 7
图 9 铸钢件轴端盘工艺图
( 1) 求出最大接触热节圆直径 d rmax 由图 9 可 知, 该铸件属于 ! L ∀ 形结构件, 其中 T 1= 100mm, T 2= ( 1880- 1600) / 2= 140mm, R = 80mm。由式 ( 11) 可求得
65%
( 下转第 39 页)
本刊 1998 年第 8 期要目预告
实型铸造消失模流变性能的测试与研究; 基于不规则网格模型 的充型及凝固 过程数值模 拟; AlSi7Mg 非枝晶合金半固态重熔加热时的组织演 变; EPC 工艺的干砂充填及紧实特性的研究; 用流变函数 涡量法模拟铸造充型过程流场; 电渣工艺复合轧辊的计算模拟; 球墨铸铁转向泵定心杆的研制;
= R + T 2 - d rm ax/ 2; O O)= drmax/ 2+ R 。由勾股定 理得: OP 2+ PO)2= O O)2, 于是
( T 1+ R ) 2+ ( T 2+ R - d rmax/ 2) 2= ( d rmax / 2+ R ) 2
整理后得到 d rmax= ∗ ( T 1+ R ) 2+ ( T 2+ R ) 2- R 2+ /
圆整值取 h= 450mm, 即冒口高度。
( 3) 确定冒口数量 根据热节圆补缩理论, 满足
该铸件补缩距离的条件为
na +
4
nd
) r
−
d2
( 12)
式中 n ( ( ( 冒口数量 d)r ( ( ( 铸件热节圆直径, mm
d2 ( ( ( 铸件 T 2 截面轴线间距, mm 同时, a= 450mm , d)r = 180m m ( 由作图求得) 。 d 2 = ( 1600 + 1800) / 2 = 1740 ( mm ) , 代 入式 ( 12)
屠利明
提要 本文探讨了平浇板类结构铸钢件在冒口根部产生二次缩孔、缩松的形成原因, 并提出了 消除此类缺陷的冒口热节圆设计法。
关键词: 板类结构 二次缩孔 缩松 热节圆接触热节
平浇板类结构铸钢件, 经长期生产实践表明, 在 冒口根部容易产生二次缩孔、缩松缺陷, 俗称 ! 烂脖 子∀, 铸件机加 工后, 可以清 楚地暴露出来。例如, 朝阳重型机器厂球磨机上的轴端盘、各类平台、底座 等铸钢件都出现过上述缺陷, 并发现, 这些冒口均为 腰形冒口, 且冒口模数、液态补缩量均能满足铸件补 缩条件, 本文就这一现象的成因及解决办法, 加以分 析和讨论。
四、结语
这种组合铁型的运用扩大了铁型覆砂铸造的适用 范围, 尤其是工艺铁型的使用, 有助于减少铸造内应 力、减少型砂的发气量。与整体铁型覆砂铸造工艺相 比, 缺点在于铸件毛坯多了些披缝飞边, 增加了铸件 的清理量。
( 编辑: 郝红日)
板类结构铸钢件平浇冒口设计的探讨
朝阳重型机器厂 ( 朝阳市 122000)
& 铸造∋ 1998 7
炉衬材料品种单一, 质量相对不高, 不能满足不同钢 种的熔炼。例如, 熔炼高锰钢及合金钢, 使用石英质 炉衬则浸蚀严重, 而用镁质炉衬则容易 产生裂纹挂 渣; . 尤其是沿海发达地区的一些国外独资和合资企 业, 多熔 炼不锈 钢, 使 用温度 高达 1700~ 1850 / , 对炉衬要求更加苛刻, 这些企业多用价值 8000 元/ t 的进口电熔镁质炉衬材料; 0使用炉衬材料的厂家对 所用炉衬材料的理化性能了解的不够, 盲目用一种炉 衬熔炼几个钢种, 因而效果差异较大。总之, 炉衬材 料的选择与使用要引起重视, 只有选择合适的炉衬材 料打制炉衬, 才能提高其使用效果, 现将目前我国常 用的酸、碱、中性炉衬材料与我厂新研制的 T X- 3 型、T X- 4 型炉衬材料对比数据列于表中。
1470 1580
1650 1850
1650 1750
铸铁、普碳钢 荷 重软 化温
度 高, 耐 热 冲 击 好, 价
格便宜 低 碳钢、耐 热 抗 碱性 渣能
钢、 耐 蚀 钢、 力 强, 耐 火
不锈钢
度 及荷 重软
化 温 度 高;
但 易产 生裂
d r= T + b2/ ( 4T )
( 4)
由式 ( 4) 可得出: d r = T + ( 1 71T ) 2/ ( 4T ) ∃ 1 73T 。考虑到型砂尖角效应的影响, 其实际值应比
1997 年 5 月 21 日收到初稿, 1998 年 4 月 6 日收到修改稿。
% 16 %
计算值大 20mm~ 30mm。 可见, 接触热
( c) b> d rmax
为此, 在平浇板类结构铸件设计腰形冒口时, 要 推导方法如下:
消除冒口根部的二次缩孔、缩松缺陷, 只需满足
( 1) 平板结构 由图 4 可知, 最大热节圆的圆心
d > d rmax+ 30mm
( 考虑型砂尖角效应) ( 7)
其中, d rmax ( ( ( 最大接触热节圆直径, mm
几种中频 炉炉衬材料性能比较
耐火度 膨胀系数 , 0 2M pa荷重 最高使用 品种 / / 10- 6/ / - 1 软化温度/ / 温度 / / 适用熔炼合金
主要优缺点
石英质 1710
13
( 酸性)
镁质 2300
15
( 碱性)
铝矾土 1790
5
( 中性)
TX- 3 型 1960
6
( 偏碱性)
1620wenku.baidu.com1550
可得
n
−
a+
d2
4
d
) r
=
3 14 4 50+
, 4
1 740 , 180
∃
4
67
故取整 n= 5。
( 4) 铸造工艺出品率校核 根据所求得的冒口尺
寸和数量, 可分别计算出铸件重量 G 件= 3750kg, 冒
口重量 G 冒= 2050kg, 则铸件工艺出品率为
% = G 件/ ( G 件 + G 冒 ) = 3750/ ( 3750 + 2050) ∃
( T 1+ R ) 2+ ( T 2/ 2+ R ) 2= ( d rmax/ 2+ R ) 2 整理后得
以 O 点为圆心, 作切于底 面的圆, 见图 4。则切圆 直径即为所求的 d rmax。
( 2) ! T ∀ 形
结构 作 T2 截面 中心线, 与顶面的
交点为 O 点, 以
O 为圆心作切于
T 1 与 T 2 相交处半
! T∀ 形结构铸件 d rmax求解图 图 8 ! L ∀ 形结构铸件 d rmax求解图
290 4 ( mm ) 圆整值取 b = 290mm, 即冒口宽度;
a= 1 5 b= 1 5 , 290= 435 ( mm )
圆整值取 a= 450mm , 即冒口长度;
h = 1 5b= 1 5 , 290= 435 ( mm )
( T 2+ 2 R )
( 11)
式 ( 11) 为 ! L ∀ 形结构铸件 d rmax计算式。
三、应用实例
由平面几何定理, 可推导出 drmax 的计算式。其
现以朝阳重型机器厂生产的一种球磨机上的轴端
& 铸造∋ 1998 7
% 17 %
盘铸钢件为例, 对热节圆法设计腰形冒口的过程和步 骤加以说明。该铸件工艺上采取水平浇注, 设置腰形
( 5)
图 2 平板铸件冒口根部的二次缩孔、缩松
将式 ( 5) 代入式 ( 1) 可得
d= 2 4T
( 6)
此时, 冒口与铸件相交处已作不出内切圆, 即不能形成
接触热节。因此, 冒口根部不会产生缩孔、缩松缺陷。
& 铸造∋ 1998 7
综上所述, 平浇板类结构铸钢件在腰形冒口根部 产生二次缩孔、缩松缺陷的原因在于冒口与铸件交接 处构成一新热节 ( ( ( 接触热节。
径为 R 的过渡圆 弧的 圆, 见 图 5。
图 4 平板形结构铸件简图
则此圆直径即为所求的 drmax。 ( 3) ! L ∀ 形结构 设 A 点为 T 1 与 T 2 交接面上
的直角拐点, 过 A 点作一圆心在顶面上, 且切于 T 1
到 T 2 的过渡 圆弧 ( 圆弧半径 为 R ) 的圆, 见图 6。 则此圆的直径即为所求的 d rm ax。