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球墨铸铁连接箱铸造工艺的研究
作者：周小亮，王建荣
1 概述
连接箱是柴油机发电机组的重要零部件之一，安装在柴油机机体后端，连接柴油机和同步主发电机，承受同步主发电机的重量和反扭矩，需要有足够的强度和刚度，连接箱质量的好坏直接影响柴油机的使用性能。
球墨铸铁连接箱铸件图如图1所示，其外形尺寸较大，具有较大的通孔。球墨铸铁连接箱铸件性能要求见表1。
2 铸造难点分析
( 1 ) 连接箱属箱体结构，箱壁主要壁厚 13mm，法兰面壁厚 50mm，壁厚差异较大，孤立热节较多，易在热节、法兰面等部位产生缩孔、缩松等缺陷。
( 2 ) 该产品为球墨铸铁件，而球墨铸铁为糊状凝固，共晶膨胀力大，易产生缩松缺陷。另外，球墨铸铁在浇注过程中若发生紊流，易产生二次氧化现象，从而易导致夹渣缺陷的产生。
( 3 ) 连接箱一端与机体相连，另一端以凸缘定位方式与同步主发电机相连，外观质量和铸件尺寸精度要求都很高。
3 铸造工艺方案
根据铸件本身的结构特点，经工艺分析后选用合适的工艺方案，局部设置适当的冷铁和排气冒口，选择合适的涂料，以避免产生缩孔、缩松、夹砂及气孔等缺陷，并对铁液化学成分进行优化，提高铸件的内在、表面质量和尺寸精度。
3.1 造型工艺
3.1.1 浇注位置和分型面的选择
连接箱采取两箱呋喃树脂自硬砂手工造型工艺，分型面沿大法兰面水平分型，铸件全部位于上型，并将观察孔设计成活块方式，以便于起模，内腔结构由一种砂芯组成，保证铸件尺寸精度，并防止法兰面产生缩松、缩孔缺陷。连接箱造型工艺简图如图2所示。
3.1.2 冷铁工艺
为改善大法兰面的凝固、冷却条件，在法兰面部位设置明冷铁，冷铁间隙10～15mm，冷铁尺寸120mm×40mm×30mm（图2），以防止缩孔、缩松缺陷的产生[3]。
3.2 浇注系统
为利用铸件通孔，将浇注系统设置在铸件内腔的底部（图2），其充型过程是金属液从直浇道进入横浇道，再分配到各内浇道后从铸件底部进入铸件。
3.2.1 底返式浇注系统的优点
( 1 ) 由于横浇道和内浇道低于铸件，所以必须在横
浇道充满后，金属液才会进入型腔，不管浇注系统的尺寸比例关系呈开放或封闭，也不管浇口杯是否充满或浇注断流，在整个浇注过程中，横浇道始终保持充满状态，能有效阻挡渣子进入型腔，防止出现夹渣缺陷。
( 2 ) 金属液从铸件底部进入型腔，充型平稳，不会产生飞溅和氧化。
( 3 ) 浇道设置在铸件内部，金属液在型内流动距离短，能有效减少铸件冷夹、铁豆等缺陷。
( 4 ) 在铸件内部设置浇注系统，可以减小砂箱尺寸，减少型砂用量，降低生产成本。
3.2.2 浇注系统设计要点
( 1 ) 横浇道位置尽量低，最好是其顶面低于铸件底面。
( 2 ) 横浇道应采用高梯形，内浇道为扁薄型，保证上浮到横浇道顶面的熔渣不在内浇道的吸动区内，防止熔渣进入型腔。
( 3 ) 内浇道呈分散均匀分布。
( 4 ) 为降低横浇道内金属液的流动速度，使金属液在横浇道内流动平稳，将浇注系统各组元尺寸按比例设计成半封闭式，即横浇道断面积最大。
3.3 浇注过程控制
合箱后铸型平稳放置，使铁液平稳进入型腔，便于型腔内气体排出，避免出现浇不足、气孔等缺陷。浇注收包后，应及时点冲浇口2次，保持浇口杯呈充满状态。
3.4 熔炼工艺
连接箱铸件材质为 QT500-7，连接箱化学成分要求见表2。
球化处理温度为1450～1480℃，球化剂为稀土镁铁合金，球化处理前将球化剂捣实，并用细铁粉覆盖在球化剂上，再在上面压一块8mm厚的钢板，防止球化处理时球化剂与铁液反应时飞溅和球化剂过度烧损，以避免铁液球化处理不均匀和铁液温度下降过快。采用一次孕育，孕育剂为 FeSi75。
4 生产实施及效果验证
在生产过程中该工艺操作性强，观察孔设计成活块方式，便于起模。内腔结构由一种砂芯组成，避免了传统的多种砂芯组合所引起的累积尺寸误差问题，保证了铸件的尺寸精度。冷铁设置在下型平面上，冷铁摆放简单、间隙易于控制，且避免了配模时冷铁脱落现象，能够有效改善这些热节部位的凝固、冷却条件，从而防止缩孔、缩松缺陷的产生。采取上述工艺生产的连接箱铸件，清理后表面无任何缺陷，理化性能均达到技术要求，铸件加工后，无肉眼可见的缺陷，现已装机使用。连接箱性能检测结果见表 3，从表 3 的数据可以看出，连接箱性能满足技术要求。
5 结论
( 1 ) 生产壁厚差异大、尺寸精度要求高的铸铁件，采用合理的工艺方案、设置适当的冷铁和排气系统，可以有效地避免铸件产生缩松、缩孔及气孔等缺陷。
( 2 ) 严格控制碳当量，一方面可提高铁液的流动性，使铁液充型能力增强，另一方面可以充分利用石墨化膨胀的自补缩作用，减小缩松倾向。
( 3 ) 严格控制浇注温度，能够很好地防止缩松、冷隔缺陷出现。
（来源：铸造工程） | 
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发表于 2020-2-16 18:40:32
