机械工程师MECHANICAL ENGINEER ２０17 年 第 8 期 网 址 ： www.jxgcs.com 电 邮 ： hrbengineer@163.com箱体铸件铸造缺陷的消除尹治虹， 汪松， 于洋（ 哈 尔 滨 汽 轮 机 厂 有 限 责 任 公 司 ， 哈 尔 滨 150046）摘 要：针 对 某 机 组 的 箱 体 铸 件 的 铸 造 缺 陷 ， 进 行 了 原 因 分 析 ， 并 通 过 数 值 模 拟 软 件 对 浇 注 系 统 进 行 优 化 ， 改 进 浇 注 系 统 及冒 口 的 参 数 及 分 布 。关键词：冷 铁 ； 浇 道 ； 补 缩中图分类号：TG ２45 文献标志码：A 文章编号：1００２－２333（２０17）０8－０154－０２0 引 言某机组的箱体铸件是该机组高压部分的关键部件，材质为06Cr13Ni4Mo不锈钢，设计上要求该部件承受高温高压的工作条件，因此对铸件的表面及内在质量要求很高，对蒸汽进口部位和法兰面都有很高的探伤要求。该铸件壁厚32 mm，分为中心部位的大型腔和4个小型腔，整个铸件结构对铸件的补缩和芯子的定位难度都很大，形状也比较复杂，如果工艺考虑不周全，整个铸件的流动性、壁厚和清理都会受到影响，而铸件的质量也难以保证。铸件结构如图1所示。不锈钢铸件由于材质特殊，铸造性能比较差，其铸造难度要高于一般低合金钢铸件，尤其是类似于箱体、阀体类结构复杂的铸件，更容易出现铸造缺陷。在箱体铸件的生产过程中铸件局部出现如下缺陷并造成报废：1)局部铸造表面有冷隔出现。2)表面有缩松缺陷。3)表面出现大面积皮下气孔。1 原因分析1) 不锈钢材质06Cr13Ni4Mo的钢液含铬量高，其流动性比一般的低合金钢要差，易产生冷隔和表面皱皮等缺陷。在铸件生产过程中，原工艺方案(见图2)在厚壁位置全部采用腰形明冒口，其浇注系统分布不够均匀，导致铸件充型时局部金属液流动充型效果较差，补缩困难，在铸件的表面局部出现冷隔，影响铸件的表面质量。2)不锈钢铸件出现皮下气孔的概率比一般的低合金钢要高。在铸件的凝固过程中由于砂型排气不够通畅，大量气体侵入铸件表面难以排出，具体表现在铸件的表面局部出现大量的皮下气孔，影响铸件的表面质量。3)体收缩使铸件最后凝固的地方出现宏观或微观的缩孔，而不锈钢材质由于体收缩率高于一般的低合金钢，且冒口的横向补缩能力弱，冒口的补缩距离相对较短，因此更容易出现缩孔，具体表现在铸件的局部热节位置出现缩孔，影响铸件的内在质量及力学性能。2 解决方案铸造凝固过程的数值模拟不同于传统的工艺设计模式，其主要作用是在凝固过程中预测铸件缺陷产生的可能性及位置，如缩孔、缩松和热裂等，分析工艺参数对工艺实施结果的影响，便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化，为铸件质量的提高以及进行宏观和微观深层次研究提供了新的手段[1]。通过数值模拟软件对浇注系统进行优化，改进浇注系统及冒口的参数及分布。改进后工艺方案(见图3)整个型腔为完整的1#芯子，通过芯头对砂芯进行定位，在壁厚较厚部位摆放冷铁，增大其补缩能力，同时增加了通冒口的浇道，采用腰形明冒口和腰形暗顶冒口相结合的方式，增大1#冒口尺寸，将4#腰形明冒口改为腰形暗顶冒口，3#圆柱形明冒口改为腰形明冒口，降低了冒口高度。箱体的铸造表面出现的皮下气孔缺陷，主要分布在铸件的表面以下一定深度的范围内，在4#腰形暗顶冒口摆放浇口用于排气，同时在关键部位摆放通气绳，扎排气孔，加强砂型的排气措施，减少了铸件表面出现气孔的概率。铸件内部出现的缩孔、缩松缺陷，主要分布在铸件的壁厚较厚部位，通过数值模拟软件对铸件凝固时的温度场和浇注充型时液相分布情况进行模拟分析，修正相关的工艺参数。3 效 果通过数值模拟软件对浇注系统及冒口图1 铸件结构图3 改进后工艺方案图2 原工艺方案（下转第156页）154万方数据机械工程师MECHANICAL ENGINEER ２０17 年 第 8 期 网 址 ： www.jxgcs.com 电 邮 ： hrbengineer@163.com进行优化，改进浇注系统和冒口的参数及结构分布后，铸件得到钢液补缩，进行顺序凝固，充型效果得到了很大改善，铸件表面消除了冷隔缺陷。在关键部位加强砂型的排气措施，减少了铸件表面出现气孔的概率。通过数值模拟软件对铸件凝固时的温度场和浇注充型时液相分布情况的模拟分析，修正了相关的工艺参数，增大缺陷部位到冒口的温度梯度，并相应地增大冒口尺寸消除了缩松、缩孔类缺陷。工艺改进前，生产箱体铸件1件，报废1件，改进后生产1件，箱体加工及探伤符合标准要求，合格率100%。通过数值模拟软件对铸造工艺进行优化，修正相关的工艺参数，提高了铸件的铸造质量和合格率，满足了设计及使用要求，提高了生产效率，降低了生产成本。［参考文献］[1] 柳百成,黄天佑.中国材料工程大典第19卷材料铸造成形工程(下)[M].北京:化学工业出版社,2006.（编辑黄 荻）!!!!!!!!!!作者简介：尹治虹（1989—），女，助理工程师，从事金属铸造和热处理工艺研究收稿日期：2017-01-04!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第154页）产生变形较大的原因分析：尽管上述定位方案合理，但由于表壳上表面定位面积小，且其属于薄壁件，刚性差，施加一定压力后即产生变形。因此上述方案不可使用。图4所示方案为合理的夹具定位方案，定位过程为：利用表壳上端面24°倒角面及R22.25 mm两处缺圆面；34°倒角面及R21.75 mm两处缺圆面定位，侧面仍采用凸键定位防止零件转动。当表壳在夹具中定位夹紧后，找正内腔阶梯孔，其变形量在0.01~0.016 mm内，远小于0.05 mm左右的加工余量，因此，该夹具方案使表壳经夹压后弹性变形小，而且受力点在定位斜面范围内，变形量也在可控范围内，方案可以采用。加工试制的样件经过检验，也完全满足了图样技术要求。但该方案也存在不足之处，由于工件在定位过程中采用两处不同倒角斜面及两处直径不同圆周缺圆定位，已属过定位，因此除提高夹具加工制造精度外，还需要用工艺手段来修研一处斜面和其对应的外圆，具体解决办法是：利用样板研具修研一处倒角斜面，去除接触高点，最终使两处倒角斜面与工件定位接触面的接触率在75%左右即可，另一处外圆所对应的孔径可适当加大，如原采用H7/h8配合可改为G7/h8配合,以完全消除工件因过定位产生的其它定位面接触率过低甚至干涉情况。3 夹具材料的选定因表壳毛坯外形及孔较规整，加工余量也不大，夹具在精加工过程中的切削用量也不大，所以夹具的材质除了用碳素工具钢外，还可用航空铝7075代替，因航空铝切削性能好，重量轻，且具有一定的强度，加工后夹具的精度要高于由碳素工具钢组成的夹具，且在修研接触面以消除过定位因素时，也较其它钢类夹具容易。4 结 语通过对薄壁壳类零件的结构分析，由于该类零件刚性较差,所以有时合理的定位方案不一定对薄壁件适用，还应综合考虑引起该类零件产生较大变形的受力点，使夹压受力区域在支撑面范围内, 从而降低薄壁壳类零件在定位夹压过程中变形量。通过对上述夹具定位方案的分析及对加工的实际样件的检验，证明了该夹具方案的可行性。［参考文献］[1] 濮良贵,纪名刚.机械设计[M].7版:北京:高等教育出版社,2001.[2] 关慧贞,冯辛安,朱泓,等.机械制造装备设计[M]. 北京:机械工业出版社, 2015.[3] 机械工程师手册编委会.机械工程师手册[M].北京:机械工业出版社, 2007.[4] 上海交通大学冷挤压技术编写组.冷挤压技术[M].上海:上海人民出版社,1976.[5] 王先逵.机械加工工艺手册:第2卷加工技术卷[M]. 2版.北京：机械工业出版社,2009.[6] 王文义.互换性与测量技术基础[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1986.[7] 王启平.机械制造工艺学[M]. 3版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1994.[8] 甘永力,陈晓华.机械精度设计基础[M].长春:吉林人民出版社,2001.[9] 黄德彬.有色金属材料手册[M].北京:化学工业出版社,2005.[10] 王沅江.现代计量测试技术[M].北京:中国计量出版社,1990.[11] 钟秉林,黄仁.机械故障诊断学[M].北京:机械工业出版社,1982.[12] 成大先.机械设计手册:机械制图、极限与配合[M].北京:化学工业出版社,2004 .[13] 蒋贵善.生产计划与控制[M].北京:机械工业出版社,1995.[14] 刘广弟.质量控制学[M].北京:清华大学出版社,1996.[15] 王又庄.现代成本管理[M].上海:立信会计出版社,1996.（编辑启 迪）!!!!!!!!!!作者简介：孙丹(1980—)，女，助理工程师，从事数控机床的销售与技术支持工作。收稿日期：2016-12-08φ43.5H7/h834°BBφ44.5G7/h824°80R85A A图4 正确的夹具定位方案156万方数据
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