浇注系统对货车侧架质量的影响

2014-11-20高明才

铸造设备与工艺 2014年3期

关键词：充型钢液冒口

高明才

（牡丹江金缘钩缓制造有限责任公司，黑龙江牡丹江 157013）

铁路货车侧架为典型的薄壁、箱体铸件，铸件轮廓长度尺寸在2000 mm左右。铸件因浇注系统设计及浇注过程控制不合理，经常产生裂纹类、残缺类、孔洞类的铸造缺陷。

1 浇注位置影响

目前在货车侧架的铸造浇注系统设计上基本可以分为两大类：两端浇注、中部浇注（摇枕孔立柱面或上悬梁），如图1示。

图1 侧架浇注系统

两端浇注系统由于开放系数大，多用于单件浇注重量大或一型两件的工艺设计，中部浇注系统多用于单件浇注。也正是两种浇注系统单位时间内能够注入型腔的钢水量及速度存在较大差别，对应铸件产生的缺陷也各不相同。两端浇注系统由于开放系数大，同时内浇口引入的钢液多从铸件的A部位及B部位附近注入型腔，故此铸件的重要部位受到钢水长期冲击的时间相对较长，易产生集中性缩孔及裂纹质量缺陷。但是另一方面由于该系统减少了钢水的充型行程，故此铸件成形较好，同时由于能够保证铸件各部位的温场分布均匀，故此铸件变形量较小，工艺设计时可以不考虑反变形量的设计。

相对于两端浇注而言，中部浇注系统充型速度快，故此铸件外观相对光滑，同时由于钢水多由侧架立柱面（或上悬梁）引入型腔，故此减弱了钢水对铸件A、B重要部位的冲击，大大降低了铸件该部位的裂纹产生。但是由于该系统会造成钢水充型温度梯度加大，故此铸件的两端（弯钩或轴箱顶面）经常会产生浇不到的缺陷，同时由于铸件各部位的温度场相差较大，故此铸件在冷却过程中变形量较大，工艺设计时多数要考虑变形量的设计。

2 浇注速度影响

对于薄壁、箱体铸件，浇注速度对其成形是否良好、排气是否顺畅起着决定性的作用。

对于两端浇注系统来说由于钢液从铸件的两端同时注入，对比中部浇注而言，其内浇道的横截面积大，钢水充型平稳。故此浇注速度对铸件质量影响主要体现在表面钢水流痕及排气两方面。不论是采用proe进行浇注模拟还是生产实践验证，总体都倾向于开包始浇注时的钢水流不应该太小，采用此操作的主要目的是避免由于钢水在铸型底部瞬间平铺面积加大而造成前端钢水冷却太快，同后续的钢水产生不融合，最终形成冷隔缺陷，浇注前期（型腔底面铺满钢水后，大约在20%，见图2）必须采用大流量、高流速进行充型，而中期及后期需要进行稳流浇注，以保证型腔及钢液中气体的排出（图 3）.

图2 浇注期温度场

图3 浇注汇流

在中部浇注系统中，钢水是从铸型的中部向两端流淌，由于该浇注系统为单件浇注，故此钢水的充型速度快，铸件表面不易形成流痕缺陷。相比较两端浇注系统而言，这种浇注系统对铸件造成最大的影响就是容易产生浇不到及翘曲缺陷。产生该缺陷的根本原因就在于由中部进入型腔的钢水在向两端流淌时，钢水前端始终与冷空气接触，极易丧失流动性；同时由于铸型两端的钢水同中部的钢水温差大，从而使铸件不能更好地实现同时凝固，极易使铸件在冷却过程中产生翘曲缺陷。

3 补浇操作影响

在众多的教材及生产工艺文件中，为提高铸件的质量，均不同程度的提出浇注后期要进行补浇操作。从图4可以看出当钢水将铸件充满后（图4 a），铸件下部局部及散热面积较大的边棱已开始凝固，当钢水将冒口充满后，已有30%的铸件表面已经结壳（图4 b）.故此，对于类似侧架这样的薄壁、箱体铸件，在浇注的后期不建议进行补浇操作，末期的补浇操作会造成钢水在型腔内的波动，破坏处在半凝固时期的补缩通道，增加铸件产生缩松缺陷的倾向。同时由于先期凝固的钢液强度不高，间断性的补浇操作会将其破坏，从而增加铸件产生裂纹的倾向。

图4 温度场

铸件浇注后期的补浇操作与铸件的结构及重量有极大的关系。如果是钢锭类比表面积较小的铸件，可以进行后期补浇操作，不论何种结构的铸件都建议在冒口内钢液充满至一半时方可进行操作，如果选择铸件浇满时进行补浇，多数会造成铸件上表面产生过多的褶皱类表面缺陷。

4 冒口设置影响

冒口作为铸件浇注系统的组成部分，其作用及工作原理有其自身的特殊性。

目前对于货车侧架的生产，国内基本都是采用机械化、流水线生产。鉴于此，冒口在结构上都采取正锥形设计，这种结构从理论上来讲是不利于冒口中的钢水对铸件进行补缩的。针对此问题，我们可以采取加装保温套的方法提高冒口的补缩效率，也可以将模具本体同冒口的连接方式改为可拆卸式，即将冒口成正锥摆放与模具本体连接。图5反映了采用该工艺措施后冒口中缩孔的情况。