800mw鋼800mw級長絲級柱冷芯盒鑄造工藝

1u2004鑄件技術要求840個家庭是一輛6n系列的天然氣發動機。結構為一個盆形，輪廓尺寸為268mm177mm128mm，質量為22.2kg。主缸壁的厚度為5mm，部分薄面位于噴嘴和開口之間，僅為3.5mm。要求其材料牌號為RuT300,蠕化率大于30%,珠光體體積分數10%~40%,碳化物體積分數低于1%,試棒硬度170~240HB,底面進、排氣道間硬度大于170HB。鑄件內外表面不允許有粘砂、披縫、殘留砂坭等,水腔允許存在少量披縫,但不得超過水流通流截面的1/5。粗糙度要求小于Rz80,清潔度小于800mg。2雕塑工藝設計2.1凝固過程的模型模擬分析缸蓋螺栓孔、挺桿孔、油嘴孔等部位壁厚都在20mm以上,這些位置往往因為熱節厚大、凝固較慢,在凝固后期形成孤立液相區,容易產生縮松。因此有必要在工藝設計前,對鑄件的熱節情況進行模擬分析,判斷是否需要采取補縮或其它措施。圖1是鑄件凝固過程的模擬結果,由圖1可見,螺栓孔及缸蓋中央油嘴孔的部位溫度較高,并且油嘴孔位置是鑄件最后凝固的部位,如果澆注系統設計時不采取有效措施,容易在孔加工完成后發生泄漏。因此,在工藝設計時,將油嘴孔設計成毛坯孔。2.2取平澆的方式由于缸蓋進、排氣面可供布置排氣的面積有限,并且大多不處于最高面,因此,為保證澆注時氣體的排出,采取平澆的方式。澆注系統采用壓邊冒口進鐵液[2~4],一箱澆注4件,鐵液通過扁條形的上爬澆道進入壓邊冒口,進而充滿型腔。由于上爬澆道具有擋渣的作用,因此不設計過濾網。內澆道與冒口設計在外模上型,上爬澆道設計在蓋板芯上。澆注系統的澆口比為ΣF直:ΣF橫:ΣF內=2:2.3:1,具體的鑄造工藝如圖2所示。2.3砂芯組合芯的制作芯盒起模斜度1~1.5°,分芯負數0.2mm,預留涂料層厚度0.25mm;鑄件面加工余量4mm,孔加工余量2.5~3mm,鑄造圓角R3~5;外模起模斜度1~2°;砂芯配合間隙0.3~0.5mm,下水套、氣道芯頭均設計為如圖3所示的臺階定位方式,臺階另一側的芯頭部分與底座芯之間設置1mm的落砂間隙;上水套芯頭設計為合箱時伸入蓋板芯5mm的形式,伸入部分斜度為2°,芯頭與蓋板間的間隙為0.5mm,如圖4所示。水套芯與油嘴孔芯由于澆注時受到高溫鐵液沖擊較大,為避免發生斷裂,使用熱芯盒制芯?？紤]到生產效率、表面外觀質量、砂芯變形等因素,其余的砂芯均使用冷芯盒制芯。此外,進、排氣道砂芯生產時,需加入一定量的防脈紋劑,防止氣道內出現脈紋,并且氣道砂芯需額外浸涂醇基石墨粉涂料,防止氣道內粘砂。在組芯前,先使用手槍鉆在上水套較厚大部位上方的芯頭鉆氣眼,鉆頭孔徑3~4mm,便于澆注時更好地排氣。再在底座芯相應位置涂上膠水,再依次將下水套芯、進/排氣道芯、補砂芯、油嘴孔芯、上水套芯落入底座芯內。組合芯采用整體浸涂工藝,這樣可以減少水腔披縫以及砂眼廢品。將上述組合后的砂芯以及蓋板芯內表面浸涂水基涂料后,通過烘干爐烘干,并在上水套芯頭貼封火石棉片,可有效避免芯頭“走鐵液”的現象,最后用風嘴吹凈內腔浮砂、雜物,將蓋板芯蓋在吹凈后的組合底座芯上,如圖5、圖6所示。使用HWS靜壓造型線,砂箱尺寸為1300mm×900mm×700mm,造型后使用C型硬度計測量硬度,要求砂型水平面硬度達到60,垂直面硬度達到40。排氣由鉆氣眼機鉆穿,再經人工扎穿,保證排氣通道暢通,合箱后用吸管吸凈澆口杯內的浮砂。2.4出鐵、基層、下錨點總孕育量w、p、p1.利用ABP中頻電爐熔煉,通過電子加配料系統控制料車進行加料,升溫至1530℃后斷電,調整爐內成分,調整后使用C-Si熱分析儀及光譜儀進行化學成分檢測,成分控制為:w(C)3.8%±0.05%,w(Si)2.15%±0.05%,w(Mn)0.45%±0.05%,w(P)≤0.06%,w(S)≤0.03%,同時澆注三角試塊檢查白口寬度。鐵液成分及出鐵溫度合格后安排出鐵,出鐵溫度1455℃,出鐵時進行隨流孕育和引爆法蠕化[5~6],使用75SiFe孕育劑,出鐵時孕育量為0.2%~0.3%,倒包澆注前進行二次孕育,孕育量為0.4%,確?？傇杏繛?.6%~0.7%。蠕化劑使用REMg和RE,加入量分別為0.2%±0.05%和0.3%±0.05%。扒渣后使用三角試塊檢查白口寬度,寬度控制在3~5mm,同時進行爐前金相及光譜檢測,使用HWS澆注機進行澆注,澆注溫度要求1415±10℃,每包鐵液澆注8箱,澆注時間18±2s,每包的澆注時間必須控制在8min以內,防止最后幾箱鐵液衰退嚴重。2.5退火及保溫退火工藝鑄件開箱后由機械手夾至托盤,隨軌道附帶澆冒口一同送入退火爐利用余熱進行保溫退火,然后依次經過振砂、去澆冒口、震擊、拋丸、磨削、細修、二次拋丸、精修、震擊、吹灰、防銹工序,最后入庫。3低血壓裂注后斷芯缺陷分析在樣件試制階段曾出現氣道穿現象,如圖7所示。通過對報廢鑄件解剖,發現該處氣道下方的下水套芯頭斷裂后上浮,導致氣道穿現象,分析認為,該處芯頭較細長,起模時經常出現芯頭不完整現象,導致下水套配芯時輕微擺動,澆注時斷裂,斷芯位置如圖8所示。因此,在側面的出砂孔增加了與底座芯之間的方形定位(如圖9),要求垂直方向無間隙,兩側間隙0.3mm,最終使該問題得到有效解決。4u2004表面粗糙度通過采取上述工藝方案,鑄件內外表面清潔、無披縫、粘砂、氣孔、裂紋等問題,表面粗糙度小于Rz100,氣道粗糙度小于Rz80;鑄件蠕化率為55%~75%,試棒抗拉強度為380~430MPa,缸蓋進、排氣道間底面硬度為180~195HB,珠光體體積分數為20%~40%。各項指標均滿足客戶要求。5鑄造間的定位和布置(1)在工藝設計前,有必要先對鑄件進行模擬分析,在設計時間充足的情況下,建議澆注系統設計完成后進行充型和凝固的模擬,檢查流動場及溫度場是否設計合理。(2)砂芯之間的定位至關重要,按目前的模具制作水平,放置0.3mm間隙即可,盡量不超過0.5mm,否則間隙過大尺寸較難保證。(3)對于缸蓋,平澆比豎澆更易于排氣,但對于體積較小的缸蓋,出品率與生產效率會有所下降,在不考慮砂箱大