柱塞头的铸造工艺【贾泽春】

老翻砂匠

柱塞头的铸造工艺【作者：贾泽春】

柱塞头是冶金车辆配套运输设备上的重要部件，柱塞头铸件结构如图1所示。铸件最大外形尺寸为Φ1680×1320mm，净重4.2t，主要壁厚为δ100 mm，材质牌号ZG230-450，工件本体不允许有裂纹、缩孔、疏松、气孔、砂眼、夹渣和冷隔等缺陷，内外工作表面机械加工后需进行磁粉探伤检验，整个铸件不允许有任何影响质量的铸造缺陷存在。铸件尺寸精度要求达到CT6-CT8，铸件内表面粗糙度要求达到Ra≤12.5μm。

                               
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图 1   柱塞头铸件结构简图
Figure1 Schematic diagram of plunger head casting

      1  铸造工艺设计

      1.1  铸件的铸造工艺性分析

铸造工艺方案如图2所示。从柱塞头的形状结构上看，铸件壁厚在100mm范围，在厚大的部位非常容易产生缩孔或缩松，应事先予以考虑，在工艺上加以弥补。

                               
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图 2  铸造工艺方案图
Figure2 Casting process plan drawing

      1.2  确定浇注位置和分型面

从利于顺序凝固和补缩考虑，选取如图 2 所示的浇注位置，采用三箱造型，把冒口留在上箱，整个工件放在中箱。这样，又有利于冒口的补缩，同时也便于在合箱过程中对铸件壁厚的检测。

      1.3  浇注系统的设置

采用开放式浇注系统，直浇道选用内径Φ70mm耐火瓷管，内浇道采取 Φ40 mm 耐火瓷管，下部内浇口从底部引进，上部浇口与冒口相通。这样的浇注系统结构简单、可靠，便于清理，可有利于强化冒口对铸件补缩，浇道有耐火瓷管保护，有效地避免了冲砂现象的发生。

      1.4  冒口的计算

芯盒（砂芯）工艺如图3所示 , 在柱塞头顶部放置两个200×300×500mm保温明冒口（加补贴180×100×δ70mm）。

该铸件模数 M=a/2（空心圆柱体：b=1320mm＞5a=5×100mm），则铸件模数 M件=100/2=5 cm。

保温冒口（200mm×300mm×500mm）的模数：M保=V/A=200×300×500/[2×200×300+2×200×500+2×300×500]=4.76cm。

保温冒口M保=M砂 /E（M保 -保温冒口模数；M砂 -普通砂型冒口模数；E-保温冒口模数增大系数、一般E=1.3～1.4）。

砂型冒口的模数M砂=EM保=1.4×4.76=6.67cm，则M砂/M件=6.67/5=1.33≥1.2。当砂型冒口模数≥1.2倍的铸件热节处模数时，就可实现冒口对铸件最后凝固部位的补缩。经校核，设置2个保温冒口的有效补缩距离及补缩所需钢液量足够，柱塞头保温冒口尺寸是合理的。

                               
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图3   芯盒（砂芯）工艺图
Figure3 Core box (sand core) process diagram

      1.5  补贴

因冒口在垂直方向的补缩距离不够，故在保温明冒口之下设置补贴，形成向冒口方向的顺序凝固，以最大限度地消除轴线缩松。

采用热节内切圆法得出补贴的尺寸及数量为：补贴的宽度180mm、补贴的高度100mm、补贴的厚度70mm，共2个。

      1.6  砂芯设计

柱塞头铸件砂芯只留下芯头（采取十字芯头定位）、为了便于合箱操作不留上芯头，木质芯盒采用左右对开形式，十字筋为活块。

      2  铸造生产控制

      2.1  造型

      2.1.1  造下箱

将下箱反扣在平台上，按工艺要求码放Φ70mm直浇口瓷管（位置与中箱一致）及内浇口Φ40mm瓷管（接口处用胶带纸封住以防进入型砂）。在下箱平面适当位置放置四个定位套，然后放入型砂刮制。造型时要有足够并且均匀的紧实度，放入型砂时应注意直浇口与内浇口瓷管别被冲倒或冲跑。

      2.1.2  造中箱

将固化后的下箱翻转平面朝上，放好实体木模，在下箱定位套位置放入定位销及中箱定位套，按工艺要求放Φ70mm 直浇口瓷管（位置与下箱一致）。

      2.1.3  造上箱

按工艺要求的位置摆放好保温冒口，并放好Φ70mm 直浇口瓷管（位置与中箱一致）及内浇口Φ40mm瓷管，在上砂型均匀扎出Φ10mm排气孔。

      2.2  合箱

首先下箱放好，摆放好砂芯，清理干净型腔内落砂与浮砂，然后再合中箱，在上箱浇口处顶面加放浇口杯耐火砖管并培砂固化，检查无落砂和无浮砂。上、下箱分型面压石棉绳，检查铸件尺寸保证周圈壁厚均匀一致且符合图纸铸造工艺技术要求。合箱时，从冒口观测上下位置是否正确，严防错箱，确保上下箱定位准确且保证直浇道位置对正，将上下箱用螺栓紧固，以防止抬箱跑火。

      2.3  冶炼浇注

熔炼设备为15t电弧炉，铸件毛坯包括浇冒口总重约4.6t，一炉浇3件，采用底注式漏包浇注钢液，浇注温度为1580℃。钢液脱氧一定要干净彻底，以防产生气孔。浇注时待明冒口中钢液上来三分之一高度后及时加保温剂，直到浇满为止。不用点冒口补缩，这样钢液消耗少，补缩效率高，且保证铸件的化学成分不变。

      2.4  铸件清理

铸件浇注后在砂箱中的保温时间应达到24h以上才能开箱，首先把铸件内外表面清理干净，然后割除浇冒口及补贴（割除冒口补贴时一定不能伤到铸件，并保证此处加工余量足够）。待铸件进行时效退火热处理（消除内应力）并经表面喷丸后，再对铸件表面进行打磨光整处理。

      2.5  生产验证

依照该工艺生产的柱塞头，经机械加工后进行磁粉探伤检查，铸件内部无缩孔或缩松、裂纹、气孔等铸造缺陷，铸件产品无论是内在质量还是外在质量都达到了用户的技术要求。

      3  结束语

柱塞头采取浇口直通保温冒口加强补缩、冒口补贴等铸造工艺方法，生产出了无裂纹、缩孔等缺陷，外观光洁美观的合格铸件。

                                                                   （来源：铸造头条）