发热补贴片在机车轴箱体铸造生产中的应用

2015-03-25符冬芽刘健明

中国铸造装备与技术 2015年3期

符冬芽，刘健明，黄博

（南车戚墅堰机车有限公司，江苏常州 213011）

1 轴箱体生产过程中存在的问题及原工艺介绍

1.1 轴箱体生产过程中存在的问题

试验的轴箱体（见图1）材质为ZG230-450，铸件净质量为157 kg，铸件最大轮廓尺寸840 mm×688 mm×246 mm。铸件清理的难点在铸件轴箱孔内的金属补贴部分。由于轴箱孔内空间有限，该金属补贴不易切割，且切割时很难把握切割余量，为了避免割伤铸件本体，常常导致金属补贴切割余量过大，增加机加工工作量。有时还会因为金属补贴面切割切割不平，导致加工时损坏刀具，增加加工成本。轴箱体清理后的铸件见图2。

图1 轴箱体毛坯简图

图2 轴箱体铸件

1.2 轴箱体原铸造工艺介绍

铸造工艺采用水玻璃石灰石砂铸造生产，浇注温度1 570～1 585 ℃，铸件缩率设计为2%，轴箱内孔部位放置2 个腰圆形冒口，轴箱内金属补贴长尺寸为234 mm×140 mm×50 mm（长× 高× 厚）。浇注系统工艺简图见图3，轴箱内腔金属补贴尺寸见图4。

图3 轴箱体三维铸造工艺

图4 轴箱孔内金属补贴

2 使用发热补贴工艺分析及试验过程

2.1 发热补贴工艺分析

设计金属补贴的目的是为了增加冒口补缩通道，使铸件得到有效的补缩，防止出现缩孔、缩松缺陷。发热补贴是利用高温发热材料制成与铸件局部形状一致的发热片，在高温钢液作用下起到减缓钢液延时凝固的效果，达到消除铸件缩孔、缩松的目的。采用发热补贴替代金属补贴，能达到的补缩效果与放置金属补贴基本一致。放置发热补贴示意图见图5，发热补贴的尺寸可以按照如下公式计算得出：

图5 发热补贴放置示意图

2.2 试验过程

2.2.1 发热补贴尺寸确定

根据上述公式计算出用于该轴箱体的发热补贴片截面尺寸：a=50 mm，a′=25 mm，h=171 mm，同时根据该轴箱体轴箱内孔腰圆明冒口的尺寸确定该发热补贴的弧长，并最终确定了发热补贴片尺寸。其中发热补贴上下宽度差是为了保证在燃烧过程中产生热能差，从而使得铸件产生温度梯度，实现顺序凝固。

2.2.2 发热补贴片的选用

通过调研，此次试验选用了市场上的一种Flyboard 400 发热补贴片，该补贴片具有低密度、中强发热及保温优良的特点，而且该补贴片材料在浇注过程中没有激冷效果，并耐高温。

2.2.3 工艺仿真模拟

图6 轴箱体铸造工艺仿真模拟截面温度及温度梯度对比

试验前运用PROCAST 铸造模拟软件对改进后的铸造工艺进行了模拟分析，见图6 轴箱体铸造工艺仿真模拟截面温度及温度梯度对比及图7 轴箱孔内温度变化曲线。仿真模拟过程表明轴箱孔内发热补贴接触部位的温度明显高于孔内其他部位温度，且发热补贴接触部位的温度下降速度慢于孔内其他部位温度下降速度，这有利于形成温度梯度，实现顺序凝固。仿真模拟最终结果表明发热补贴补缩效果良好，轴箱体轴承孔未出现缩孔缺陷。